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UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

Propuesta de Diseño Alterno de Espesores de Pavimento Rígido Para Proyecto de Construcción de la Circunvalación de Carretera Masaya-Las

Flores, Utilizando el Método de la AASHTO 93.

Investigación Monográfica Para Optar Al Título De Ingeniero Civil

AUTOR: Br. Noel Enrique Cross Gadea

TUTOR: Ing. Jean Carlos Gutiérrez

Managua, Nicaragua Diciembre 2013

Br. Noel E. Cross Gadea

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PÁGINA DE AVAL DEL TUTOR


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DEDICATORIA

A dios en primera instancia por regalarme vida, sabiduría y fortaleza para cursar mi carrera de forma eficiente.

A mi madre Sonia Gadea que siempre ha sido mi apoyo en todo momento.

A mis hermanos Alain y Jessica Cross que han sido parte fundamental de mi desarrollo.

A mi padre Edward Cross que desde el cielo me ha cuidado y me ha llevado de su mano y a mi padrastro Otmar Bisdorf que ha sido un apoyo incondicional.

A mis compañeros de clases y profesores que aportaron a mi desarrollo en el transcurso de la carrera.

A todas las personas que me han dado su apoyo para continuar mis estudios universitarios y han formado parte fundamental en mi vida.


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AGRADECIMIENTO

A la Universidad Centroamericana por formar parte de ella y llenarme de sus valores académicos y profesionales.

A mi tutor Ing. Jean Carlos Gutiérrez por su aporte de ideas en el desarrollo de esta investigación monográfica.

A las personas que me alentaron para finalizar mis estudios y me apoyaron en el desarrollo de la investigación monográfica.

Gracias.


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TABLA DE CONTENIDO PÁGINA DE AVAL DEL TUTOR ....................................................................................... 2

DEDICATORIA ..................................................................................................................... 3

AGRADECIMIENTO ............................................................................................................ 4

TABLA DE FIGURAS .......................................................................................................... 8

LISTADO DE TABLAS ........................................................................................................ 9

RESUMEN ..........................................................................................................................10

1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................11

1.1. ANTECEDENTES ...............................................................................................13

1.2. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................15

1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..............................................................16

2. OBJETIVOS ................................................................................................................17

2.1. OBJETIVO GENERAL........................................................................................17

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS .............................................................................17

3. MARCO REFERENCIAL ..........................................................................................18

3.1. PAVIMENTOS .....................................................................................................18

3.1.1. DEFINICIÓN .................................................................................................18

3.1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS PAVIMENTOS...............................................18

3.1.3. CARACTERISTICAS DEL PAVIMENTO .................................................21

3.1.4. FUNCIONES DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO .................................21

3.1.4.1. PAVIMENTO FLEXIBLE .........................................................................22

3.1.4.2. PAVIMENTO RÍGIDO..............................................................................22

3.1.5. VENTAJAS DEL PAVIMENTO RIGIDO ...................................................23

3.2. CONCRETO HIDRAULICO ...............................................................................24

3.2.1. DEFINICIÓN .................................................................................................24

3.2.2. COMPONENTES DEL CONCRETO ........................................................25

3.2.2.1. CEMENTO.................................................................................................25

3.2.3. PROPIEDADES DEL CONCRETO...........................................................27

3.3. MÉTODO DE DISEÑO DE LA AASHTO 93 ...................................................28

3.3.1. EXPERIMENTO VIAL AASHO ..................................................................29


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3.3.2. FACTORES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO ......................................31

3.4. VARIABLES DE DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO....................................35

3.5. PROGRAMA DE DISEÑO WINPAS ................................................................38

4. DISEÑO METODOLOGICO .....................................................................................39

4.1. ESTUDIO DE SUELOS ......................................................................................40

4.2. ESTUDIO DE TRÁFICO ....................................................................................41

4.2.1. TASA DE CRECIMIENTO ..........................................................................42

4.2.2. PROYECCIÓN DEL TRÁFICO ..................................................................43

4.2.3. CONFIGURACION DE CARGA ................................................................44

4.2.4. FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA.............................................44

4.2.5. FACTOR CAMIÓN .......................................................................................45

4.2.6. ........................................45

4.3. SELECCIÓN DE VARIABLES DE DISEÑO ...................................................47

5. DISEÑO DE ESPESOR DE LOSA .........................................................................56

6. MANUAL DE UTILIZACIÓN DEL SOFTWARE WINPAS ...................................59

7. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS ..........................................................................65

7.1. CONTROL DE MATERIALES ...........................................................................65

7.1.1. AGUA .............................................................................................................65

7.1.2. CEMENTO ....................................................................................................66

7.1.3. AGREGADO FINO.......................................................................................66

7.1.4. AGREGADO GRUESO ...............................................................................67

7.1.5. ACERO DE REFUERZO ............................................................................67

7.2. SUBRASANTE ....................................................................................................68

7.3. BASE ESTABILIZADA........................................................................................68

7.4. LOSAS DE CONCRETO DE CEMENTO HIDRAULICO ..............................69

7.5. JUNTAS ................................................................................................................70

7.5.1. JUNTAS LONGITUDINALES .....................................................................70

7.5.2. JUNTAS TRANSVERSALES DE CONTRACCIÓN ...............................71

7.5.3. JUNTAS LONGITUDINALES DE AISLAMIENTO SIN PASAJUNTAS 72

7.5.4. PASAJUNTAS EN JUNTAS TRANSVERSALES ...................................73


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8. CONCLUSIONES ......................................................................................................74

9. RECOMENDACIONES .............................................................................................75

9.1. SUBRASANTE ....................................................................................................75

9.2. BASE ESTABILIZADA........................................................................................75

9.3. LOSA HIDRAULICA............................................................................................75

10. ANEXOS...................................................................................................................77

ANEXO A RESULTADOS DE ESTUDIOS SUPERFICIALES DE SUELO.......77

ANEXO B FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA ...................................79

ANEXO C VALORES DE CONFIABILIDAD...........................................................81

ANEXO D NOMOGRAMAS PARA MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE K ...........................................................................................................81

BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................83


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TABLA DE FIGURAS Figura 1 Esquema de estructura de Pavimento Flexible .........................................19 Figura 2 Esquema de Estructura de Pavimento Rígido ...........................................19 Figura 3 Whitetopping, Tipología de Pavimento Semirrígido ..................................20 Figura 4 - Esquema de Pavimento Articulado...............................................................20 Figura 5 Componentes del Concreto...........................................................................25 Figura 6 Aditivos que se utilizan en el Concreto .......................................................26 Figura 7 Esquema de Circuitos para Prueba AASHO ..............................................30 Figura 8 Clasificación Vehicular por Ejes de Carga..................................................32 Figura 9 Prueba para obtención de Módulo de Ruptura. .........................................36 Figura 10 Ilustración de mala y buena transferencia de carga. ..............................36 Figura 11 Prueba de Placa para obtención de módulo de reacción de subrasante. .........................................................................................................................37 Figura 12 Proyección del TPDA de Proyecto. ...........................................................44 Figura 13 Valores de Serviciabilidad ...........................................................................49 Figura 14 Gráfico Serviciabilidad inicial vs. Vida útil.................................................49 Figura 15 Introducción de Información del Proyecto. ...............................................56 Figura 16 Introducción de Variables al Programa. ....................................................57 Figura 17 Resultado de Espesor de Losa de Concreto Hidráulico. .......................58 Figura 18 Presentación del Software WINPAS. ........................................................59 Figura 19 Introducción de información de proyecto al software WINPAS. ...........60 Figura 20 Ventana de opciones de Tráfico, WINPAS. .............................................60 Figura 21 Introducción de datos de Tráfico con cuadro de ayuda, WINPAS. ......61 Figura 22 .............62 Figura 23 Ventana de Diseño, WINPAS. ....................................................................63 Figura 24 Introducción de variables con cuadro de ayuda, WINPAS. ...................63 Figura 25 Obtención de espesor de losa, WINPAS..................................................64 Figura 26 Juntas Longitudinales. .................................................................................70 Figura 27 Detalle de construcción de Juntas Longitudinales. .................................71 Figura 28 Juntas Transversales. ..................................................................................71 Figura 29 Detalle constructivo de juntas transversales............................................72 Figura 30 Detalle Típico de Junta de Aislamiento.....................................................73 Figura 31 Nomograma para obtención de Módulo de reacción compuesto de subrasante...........................................................................................................................81 Figura 32 Nomograma de módulo efectivo de reacción de la subrasante por pérdida de soporte. ............................................................................................................82


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LISTADO DE TABLAS Tabla 1 Constitución de la Red Vial Nacional ............................................................13 Tabla 2 Ensayes para muestras para Agregados de Concreto ..............................26 Tabla 3 Ensayes de Suelo para Muestras Representativas....................................34 Tabla 4 TPDA Estación 403: Tramo Empalme Ticuantepe - Masaya ...................41 Tabla 5 TPDA Estación 1100: Tramo Empalme Coyotepe Empalme Zambrano ..............................................................................................................................................41 Tabla 6 TPDA de Diseño...............................................................................................42 Tabla 7 Tasa de Crecimiento Anual de Proyecto......................................................42 Tabla 8 Proyección del TPDA de Diseño. ..................................................................43 Tabla 9 Factor de Equivalencia de Carga por Vehículo...........................................45 Tabla 10 ......................................................46 Tabla 11 Valores de Confiabilidad recomendado según clasificación de Carretera. ............................................................................................................................47 Tabla 12 Valor de Desviación Estándar recomendado según tipo de Pavimento. ..............................................................................................................................................48 Tabla 13 Serviciabilidad final recomendada según tipo de carretera. ...................50 Tabla 14 Módulo de Ruptura según la resistencia a la compresión del concreto. ..............................................................................................................................................50 Tabla 15 Desviación normal estándar del porcentaje de resultados en los especímenes. .....................................................................................................................51 Tabla 16 Desviación estándar del módulo de ruptura del concreto. ......................51 Tabla 17 Coeficiente de transferencia de carga por diseños típicos. ....................53 Tabla 18 Calidad de Drenaje. .......................................................................................54 Tabla 19 Coeficiente de Drenaje..................................................................................55 Tabla 20 Resumen de Variables de Diseño...............................................................55 Tabla 21 Limites de impureza permitida en el Agua de mezclado. ........................65 Tabla 22 Granulometría del agregado fino.................................................................66 Tabla 23 Especificaciones de impurezas en agregado fino. ...................................66 Tabla 24 Granulometría del agregado grueso. ..........................................................67 Tabla 25 Márgenes de valor meta para Graduaciones de Subbase, Base o Capas Superficiales de Agregados.................................................................................68 Tabla 26 Condiciones para el Concreto para Pavimentos. .....................................69 Tabla 27 Especificación de Barras Pasajuntas o Dovelas. .....................................73 Tabla 28 Factores de Carga Equivalente para Ejes Simple y Pt=2.5. ...................79 Tabla 29 Factores de Carga Equivalente para Ejes Tándem y Pt=2.5..................80 Tabla 30 Confiabilidad Recomendada ........................................................................81


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RESUMEN El presente trabajo monográfico consiste en presentar una propuesta alterna de diseño de pavimento rígido Circunvalación de Carretera Masaya

utilizando el método de la AASHTO 93 y el software WINPAS.

Para llevar a cabo la investigación monográfica, se inició con el proceso de recopilación de información acerca del proyecto, como son los estudios de tráfico ejecutados en los conteos vehiculares por el Ministerio de Transporte e Infraestructura y el estudio de suelo. Al mismo tiempo se recopiló la información necesaria sobre la metodología que se debe desarrollar para realizar el diseño de pavimento rígido en base a la AASHTO 93.

En segunda instancia se procedió a definir las variables de diseño, basado en los esfuerzos de carga de tráfico a los cuales será sometido el pavimento. Del mismo modo se propuso el tratamiento de la subrasante y el espesor de la base estabilizada con cemento para disminuir el espesor de la losa hidráulica.

En los acápites se muestra el procedimiento de selección de las variables con tablas y gráficos que se tomaron en base a la Guía ASSHTO 93 para el diseño de estructuras de pavimento para demostrar la veracidad de la información.

Se utilizó el programa WINPAS para obtener el espesor de la losa de concreto hidráulico y se desarrolló un manual paso a paso para la utilización de este software para el diseño de espesor de losa hidráulica.

En última instancia se realizaron las especificaciones técnicas particulares de los materiales, se plantearon los resultados, conclusiones y recomendaciones.


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1. INTRODUCCIÓN Propuesta de Diseño Alterno de Espesores de Pavimento Rígido Para Proyecto

de Construcción de la Circunvalación de Carretera Masaya-Las Flores, Utilizando el Método de la AASHTO de la necesidad estudiar una metodología de diseño distinta a la utilizada por los diseñadores del proyecto, de manera que este documento sirve de guía para el diseño de pavimentos rígidos a través del programa WINPAS basado en la Guía AASHTO 93.

En la actualidad, las carreteras de Nicaragua están siendo mejoradas aplicando estas nuevas tecnologías (pavimento rígido), con el fin de mejorar la duración y calidad de las mismas, pues el concreto hidráulico promete ser de mayor calidad con respecto al tradicional pavimento de asfalto o flexible (IMCYC, 2002).

Nicaragua es un país en plena vía de desarrollo que busca las mejores tecnologías para la construcción de carreteras, estas son demandadas por la gran mayoría de las actividades económicas del país, ya sea para transportar productos, así como personas; es por eso que son de gran importancia y se requiere del mejor diseño para que sean durables y económicas.

Actualmente se ha optado por la construcción de pavimentos de concreto hidráulico en vez del tradicional pavimento asfaltico, esto se debe a las ventajas que presentan los pavimentos rígidos en cuanto a la durabilidad y mantenimiento de los mismos.

El Proyecto de Construcción de la Circunvalación de Carretera Masaya-Las Flores se ejecutó con el fin de descongestionar el tráfico que transita por la ciudad de Masaya. Esta carretera se construyó en base a un diseño de pavimento rígido realizado por ingenieros mediante el programa Paviment Interactive, el cual se fundamenta en la metodología de diseño de la AASHTO 93, con la variable de que se propuso el uso de losas cortas.

En este documento se plasmó la metodología de diseño de la AASHTO 93, utilizando el programa WINPAS, con lo que se obtuvo un diseño alternativo de pavimento rígido. Se utilizaron los datos reales de tráfico y tipo de suelo, se propuso el espesor de la capa base y el mejoramiento de la subrasante, obteniéndose resultados de espesor de losa de concreto hidráulico.

El WINPAS es un software para el análisis de pavimentos basado en la guía de la ASSHTO 93 para el diseño de pavimentos, por lo tanto sirve para el diseño de pavimentos flexibles y rígidos. Para poder utilizar el programa y diseñar un pavimento rígido es necesario conocer la cantidad de Ejes equivalente de carga


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del espesor de la losa, y las características del concreto y el suelo. En este programa se incluyeron todas las especificaciones del método por lo que se vuelve fácil su utilización. El software se utilizará únicamente para diseñar el espesor de

utilización de losas convencionales en lugar de losas cortas ha como se plantea en el proyecto que se ejecutó.

También se generaron especificaciones técnicas para la construcción de las juntas del pavimento rígido y los materiales a utilizarse para el funcionamiento adecuado de la capa de rodamiento y la capa base.


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1.1. ANTECEDENTES La historia del primer pavimento de concreto se remonta al año 1905, en la ciudad de Ohio, en los Estados Unidos. De ahí en adelante, el uso de este material en la construcción de caminos será recurrente, tanto en dicho país como en Europa. (CEMEX, 2004)

En el año 1939, cuando se dan los primeros pasos para la construcción de la Carretera Panamericana en Nicaragua, inicia un desarrollo significativo en la Red Vial de Nicaragua, por lo cual en 1940 fue creado el Departamento de Carreteras del Ministerio de Obras Públicas, hoy Ministerio de Transporte e Infraestructura (MTI). Para ese entonces existían 201 km. de carretera de los cuales solamente 52 km. eran pavimentados. Desde ese entonces, a lo largo de los años se fue dando un incremento de la red vial de Nicaragua.

El crecimiento de la Red Vial tuvo dos frenos en el transcurso del tiempo; el primero fue en 1972 cuando ocurrió el Terremoto, fue un momento en que se vio afectada la economía de Nicaragua y al mismo tiempo la infraestructura de las carreteras por el mismo fenómeno natural. El segundo freno fue 1977, cuando se dieron los indicios de la revolución y se detuvo la construcción de carreteras durante más de una década. Fue hasta 1994 que se retomó el desarrollo de la Red Vial Nacional y hasta el momento sigue un alto crecimiento.

Actualmente, la Red vial de Nicaragua consta de 23,897 kilómetros, de los cuales 2,334 (9.77%) son Asfaltados; 894 kilómetros (3.74%) son Adoquinados; 56 kilómetros (0.23%) de Concreto Hidráulico; 3,609 kilómetros (15.11%) Revestidos; 9,833 kilómetros (41.15%) Todo Tiempo; 7,171 kilómetros (30.01%) de Estación Seca. (Inventario de Infraestructura de Transporte, 2012)

Tabla 1 Constitución de la Red Vial Nacional1

Tipo de Carretera Cantidad (Km.) Aporte (%) Carretera Asfaltada 2334 9.77 Concreto Hidráulico 56 0.23

Adoquinado 894 3.74 Revestido 3609 15.10

Todo Tiempo 9833 41.15 Estación Seca 7171 30.01 Red Vial Total 23897 100.00

1 Fuente: MTI Inventario de la Red Vial 2012


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La mayor parte de las carreteras pavimentadas están construidas de asfalto, esto se debe a la falta de experiencia en la construcción de pavimentos rígidos en el país, esa incertidumbre generaba cierto temor a la inversión en esta tecnología. Fue a partir del año 2009 que se empezó a construir con esta tecnología de pavimento rígido y desde entonces, con las buenas experiencias obtenidas, ha tenido gran auge. Generalmente, en Nicaragua, este tipo de pavimentos solo son utilizados en residenciales y calles secundarias.

Actualmente la carretera de concreto Hidráulico con más envergadura del país es la que conecta el empalme de Puerto Sandino con Puerto Sandino, la cual tiene una longitud de 17 km. Cabe mencionar que es de gran importancia ya que a través de esta se transportan todos los productos que ingresan al país por medio de este puerto.

Además de esta carretera de concreto hidráulico, en 1940 se construyó un pavimento rígido elaboró un pequeño tramo de aproximadamente 1 km. que va desde los semáforos de la Ceibita hasta los semáforos de Linda Vista.


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1.2. JUSTIFICACIÓN Una obra de ingeniería civil no se puede llevar a cabo sin tener criterios de elección, por lo tanto siempre es necesario tener diferentes alternativas de diseño para poder escoger la opción más viable, entre estas tenemos la más económica, mayor beneficio social y una fácil metodología de construcción.

seño Alterno de Espesores de Pavimento Rígido para el Proyecto de Construcción de la Circunvalación de la Carretera Masaya-metodología de diseño distinta a la utilizada por los diseñadores del proyecto, de manera que este documento sirva de guía para el diseño de pavimentos rígidos a través del programa WINPAS basado en la Guía AASHTO 93.

En la actualidad, Nicaragua apunta a la búsqueda de soluciones más viables y durables en la construcción de carreteras, por lo que se ha visto un incremento notable en la construcción de carreteras de pavimento rígido. Este tipo de pavimento, que se basa en losas de concreto hidráulico, presenta diversas ventajas sobre los pavimentos flexibles a como son: durabilidad, costo de mantenimiento, mayor rapidez de construcción. (IMCYC. 2002)

Debido a que se requiere de buenos diseños para lograr que los proyectos se desarrollen de la manera en que se plantean, es necesario estudiar las diferentes metodologías de diseño que existen, por lo tanto, con este documento se planteará una metodología muy aceptada a nivel mundial basada en datos reales de un proyecto que se está construyendo en Nicaragua, de modo que sirva de guía para futuros diseños en el país.


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1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En los últimos años, la construcción de carreteras de Concreto Hidráulico para el mejoramiento del tipo de superficie se ha incrementado, ya que representa una buena opción de pavimento en condiciones climáticas de altas precipitaciones y regiones de suelos de poca capacidad de soporte, ejemplo de esto es la Costa Atlántica de nuestro país (RAAN, RAAS), a parte de otros beneficios de este tipo de pavimento categorizado como rígido en el que se destaca una mayor vida útil y alta resistencia con menos costo de mantenimiento. (Red vial MTI, 2012)

Dado lo mencionado anteriormente, es necesario realizar diseños de pavimento adecuados a las condiciones de nuestro país, basados en metodologías utilizadas a nivel mundial. Por lo tanto, se requiere estudiar las alternativas de diseño de pavimentos rígidos para realizar un diseño eficaz y versátil.

Un diseño de pavimento rígido desarrollado de manera detallada y siguiendo todos los parámetros de diseño y construcción, ofrece una obra duradera, con bajo costo de mantenimiento, seguridad y comodidad al usuario.

La falta de experiencia y personal especializado en este tipo de proyectos y diseños, hace de esta investigación monográfica una necesidad para guiar a los profesionales que quieren enfocarse en el diseño de obras horizontales. Por lo tanto esta investigación servirá de introducción al diseño de pavimentos rígidos.


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2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

Realizar un Diseño de Espesores de Capas para el Pavimento Rígido del Masaya-Las

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Utilizar las condiciones de Tráfico y Tipo de Suelo del área que abarca el -Las

, para proponer un Diseño Alternativo de Pavimento Rígido mediante Losas Convencionales.

Utilizar el Método de Diseño de la AASHTO 93, a través del Programa WINPAS, para obt el Espesor de Losa Hidráulica.

Generar Especificaciones Técnicas de los Materiales para la Construcción de las Capas del Pavimento.

Generar un manual paso a paso de cómo utilizar el programa WINPAS para el diseño de Espesor de Losa Hidráulica.


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3. MARCO REFERENCIAL

3.1. PAVIMENTOS

3.1.1. DEFINICIÓN Un pavimento se puede definir como el conjunto de capas de materiales seleccionados, que comprende entre el nivel superior de las terracerías y la superficie de rodamiento, cuyas funciones es brindar una superficie de rodamiento segura y uniforme, resistente a las cargas de tránsito, intemperismo y transmitir adecuadamente los esfuerzos a la subrasante de modo que esta no se deforme.

Un pavimento está constituido por un conjunto de capas superpuestas, relativamente horizontales, que se diseñan y se construyen técnicamente y con materiales apropiados y adecuadamente compactados. Estas estructuras estratificadas se apoyan sobre la subrasante de una vía obtenida por el movimiento de tierra s en el proceso de exploración y que han de resistir adecuadamente los esfuerzos que las repetidas cargas de transito le transmite durante el periodo para el cual fue diseñada la estructura de pavimento. (Montejo, 2002)

3.1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS PAVIMENTOS En nuestro medio los pavimentos se clasifican en: pavimento flexibles, pavimentos semi-rígidos o semi-flexibles, pavimentos rígidos y pavimentos articulados. (Montejo, 2002).

Pavimentos Flexibles: consiste en una carpeta de asfalto relativamente delgada construida sobre dos capas no rígidas (base y subbase). No obstante puede prescindirse de cualquiera de estas capas dependiendo de las necesidades particulares de cada obra.


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Figura 1 Esquema de estructura de Pavimento Flexible 2

Pavimento Rígido: consiste en una losa de concreto hidráulico que puede o no poseer una capa subbase entre la losa y la subrasante. Se le llama rígido porque las deformaciones a las que debe estar sometido deben ser nulas al ser sometido a las cargas del tránsito. La capacidad estructural de un pavimento rígido depende de la resistencia de las losas y, por lo tanto, el apoyo de las capas subyacentes ejerce poca influencia en el diseño del espesor del pavimento.

Figura 2 Esquema de Estructura de Pavimento Rígido3

Pavimento Semirrígido: un pavimento semirrígido o compuesto es en el que se combinan diferentes tipos de pavimento, es decir, pavimento flexible y pavimento rígido, normalmente la capa rígida está por debajo y la flexible por encima. Usualmente un pavimento semirrígido comprende una capa base tratada con cemento portland junto con una superficie de rodamiento de asfalto. Este tipo de pavimento guarda básicamente la misma estructura de un pavimento flexible, una de sus capas se encuentra rigidizada artificialmente con un aditivo que puede ser: asfalto, emulsión, cemento, cal y químicos.

2 Fuente: Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Ingeniería de Pavimentos, Brasil, 2000. 3 Fuente: Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Ingeniería de Pavimentos, Brasil, 2000.


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Figura 3 Whitetopping, Tipología de Pavimento Semirrígido4

Pavimento Articulado: los pavimentos articulados están compuestos por una capa de rodadura que está elaborada con bloques de concreto prefabricados, llamados adoquines, de espesor uniforme elaborados entre sí, esta a su vez va ubicada sobre una capa de arena, la cual a su vez, se apoya en una base granular o directamente sobre la subrasante, dependiendo de la calidad de esta y de las cargas que circularan por dicho pavimento.

Figura 4 - Esquema de Pavimento Articulado5

4 Fuente: Instituto Mexicano del Cemento y el Concreto. 5 Fuente: Asociación Argentina del Bloque de Hormigón


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3.1.3. CARACTERISTICAS DEL PAVIMENTO

Ser resistente a la acción de las cargas generadas por el tránsito.

Ser resistente ante los agentes del intemperismo.

Presentar una textura superficial adaptada a las velocidades previstas de circulación de los vehículos, por cuanto ella tiene una decisiva influencia en la seguridad vial. Además, debe ser resistente al desgaste producido por el efecto abrasivo de las llantas de un vehículo.

Debe presentar una regularidad superficial de modo que brinde suficiente comodidad a los usuarios.

Debe poseer condiciones de drenaje adecuado.

Debe ser durable.

Debe poseer un color adecuado para evitar reflejos que afecten la seguridad al tránsito.

3.1.4. FUNCIONES DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO Terreno Natural: es la franja de terreno afectada por la construcción del camino y su función es soportar las cargas de la estructura del pavimento y las cargas de tránsito.

Cuerpo del Terraplén: esta se utiliza en las porciones de camino con terraplén, su función es dar la altura necesaria para alojar las obras de drenaje.

Subrasante: esta se considera como la cimentación del pavimento, está constituida por material selecto compactado. Las funciones de la subrasante son resistir y transmitir las cargas de tránsito, evitar que se contamine el cuerpo del terraplén y brindar una superficie uniforme para la estructura del pavimento.


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3.1.4.1. PAVIMENTO FLEXIBLE Subbase: es una capa de material seleccionado de baja calidad, sirve de transición entre el material de la base, generalmente granular y la subrasante. Su principal función es reducir el espesor de la base y absorber las deformaciones que se puedan producir en la subrasante, al igual que soportar y transmitir las cargas de tránsito. Otra función es drenar el agua que se filtre a través de las capas superiores.

Base: es una capa de material seleccionado de mejor calidad que la subbase. Su principal función es proporcionar un elemento resistente que transmita a las capas inferiores los esfuerzos del tránsito en una intensidad apropiada. Otra función es reducir el espesor de la carpeta de rodamiento y así reducir los costos del proyecto, también tiene la función de drenar el agua que se introduzca a través de la carpeta por los acotamientos del pavimento.

Carpeta de Rodamiento: es una capa que consiste en la mezcla de asfalto con materiales pétreos de buena calidad. Su función es proporcionar una superficie de rodamiento uniforme adecuada con textura y color conveniente y resistir los efectos abrasivos del tráfico, además debe impedir el paso del agua a las capas inferiores.

3.1.4.2. PAVIMENTO RÍGIDO Base: al igual que en los pavimentos flexibles sirve para proporcionar una superficie uniforme que actúe como apoyo a la losa, facilite su colocación y la proteja de los cambios volumétricos de la subrasante. En este caso, la subbase no tiene ninguna función estructural.

Losa Hidráulica: las funciones de la losa es soportar las cargas de tránsito y brindar una superficie de rodamiento uniforme y segura. También debe impedir que se filtre el agua a las capas inferiores.


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3.1.5. VENTAJAS DEL PAVIMENTO RIGIDO Entre las ventajas que presenta un pavimento de concreto hidráulico sobre un pavimento flexible se pueden enumerar las siguientes:

Durabilidad: Una de las ventajas más significativas de los pavimentos de concreto hidráulico es la durabilidad del concreto, para lograr esta durabilidad es importante considerar, además de la resistencia adecuada del concreto ante las solicitaciones mecánicas, todos los agentes externos de exposición a los que estará sujeto el pavimento para elaborar la mezcla apropiada y definir las recomendaciones para la colocación del concreto hidráulico. Se deben de realizar los proporcionamientos de mezcla adecuados, con ciertas relaciones agua / cemento, utilizando aditivos que permitan una reducción de agua en la mezcla y que den la trabajabilidad adecuada al concreto aun con revenimientos bajos como los utilizados en autopistas.

Otro aspecto importante para lograr esta durabilidad tiene que ver con los materiales que forman la estructura de soporte, es importante conocer con detalle las características de los mismos y sus grados de compactación apoyados con los estudios de mecánica de suelos de la ruta.

Es importante que el diseñador cuente con la suficiente información para poder estimar de forma precisa el volumen de tráfico y las cargas vehiculares que estarán transitando por el pavimento con el objeto de realizar un diseño estructural adecuado para las cubrir adecuadamente la durabilidad del proyecto por efectos de fatiga.

Bajo costo de Mantenimiento: Los pavimentos de concreto hidráulico se han caracterizado por requerir de un mínimo mantenimiento a lo largo de su vida útil. Esto es sin duda una de las mayores ventajas que ofrecen estas alternativas de pavimentación. La significativa reducción en los costos de mantenimiento de una vía permite que el concreto sea una opción muy económica. Esto normalmente se puede visualizar al realizar un análisis del costo ciclo de vida que puede ser comparado con algunas otras alternativas de pavimentación. El análisis del costo ciclo de vida es una herramienta que nos ayuda para soportar la toma de decisiones. El mantenimiento que requieren los pavimentos rígidos es mínimo, sin embargo es muy importante que el mismo se provea en tiempo y forma adecuados para garantizar las propiedades del pavimento. (Cemex, 2010)

Seguridad: El concreto hidráulico colocado bajo las especificaciones y con los equipos adecuados permite lograr una superficie de rodamiento con alto grado de planicidad y dada su rigidez esta superficie permanece plana durante toda su vida


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útil, evitando la formación de roderas las cuales disminuyen el área de contacto entre llanta y pavimento produciendo el efecto de acuaplaneo en los días de lluvia. Otro fenómeno que se evita con la utilización del concreto hidráulico es la formación de severas deformaciones en las zonas de arranque y de frenado que hacen a los pavimentos ser más inseguros y maltratan fuertemente los vehículos.

Por el color claro del pavimento de concreto hidráulico se tiene una mejor visibilidad en caso de transitar de noche o en la oscuridad de días nublados.

Altos Índices de Servicio: Los pavimentos de concreto hidráulico permiten ser construidos con altos índices de servicio, como se menciona en el punto anterior se puede lograr un alto grado de planicidad o un índice de perfil muy bueno, adicionalmente siguiendo las recomendaciones de construcción adecuadas se puede proveer al pavimento de una superficie altamente antiderrapante. La utilización de pasajuntas permite mantener estos índices de servicio, evitando la presencia de escalonamiento en las losas sobretodo en tramos donde el tráfico es significativamente pesado

Mejor Distribución de Esfuerzos bajo las Losas: Dada la rigidez de la losa los esfuerzos que se transmiten a las capas inferiores del pavimento se distribuyen de una manera prácticamente uniforme, cosa contraria a lo que sucede con los pavimentos flexibles en donde las cargas vehiculares concentran un gran porcentaje de su esfuerzo exactamente debajo del punto de aplicación de la carga y que se van disminuyendo conforme se alejan de la misma. La distribución uniforme de las cargas permite que los esfuerzos máximos que se transmiten al cuerpo de soporte sean significativamente menores en magnitud, lo que permite una mejor condición y menor deterioro de los suelos de soporte.

3.2. CONCRETO HIDRAULICO

3.2.1. DEFINICIÓN El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: agregados y pasta. La pasta, compuesta de cemento portland y agua, une a los agregados (arena y grava) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la reacción química entre el cemento y el agua. Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaño de partícula que pueden llegar hasta 10 mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo del agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm. (Steven, 1992)


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3.2.2. COMPONENTES DEL CONCRETO Los componentes principales del concreto son: cemento, agua y agregados. A esta mezcla de componentes se le puede añadir aditivos para modificar las propiedades del concreto. Los agregados constituyen entre el 60% y el 75% del volumen total del concreto, mientras que la pasta constituye entre el 25% y el 40% del volumen del concreto con aire atrapado o incluido intencionalmente.

3.2.2.1. CEMENTO Los cementos hidráulicos son aquellos que tienen la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, porque reaccionan químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.

Agua: Es el elemento que hidrata las partículas de cemento y hace que estas desarrollen sus propiedades aglutinantes.

Agregados pétreos: Los agregados para concreto pueden ser definidos como aquellos materiales inertes que poseen una resistencia propia suficiente que no perturban ni afectan el proceso de endurecimiento del cemento hidráulico y que garantizan una adherencia con la pasta de cemento endurecida. Según su tamaño se clasifican en agregados gruesos y agregados finos, que se utilizan en diferentes proporciones en función de las características que se quieren obtener del concreto.

Figura 5 Componentes del Concreto6

Para poder ser utilizados los agregados pétreos en una mezcla de concreto se deben realizar ensayes normados por la AASHTO o ASTM para verificar su calidad. 6 Fuente: Instituto Costarricense del Cemento y el Concreto.


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Tabla 2 Ensayes para muestras para Agregados de Concreto7

Tipo de Ensaye Designación

AASHTO ASTM Análisis Granulométrico T-88 C-136

Pesos Volumétricos T-19 C-29 Desgaste Los Ángeles en muestras de

materiales para Base T-96 C-131

Sanidad (Intemperismo con Sulfato de Sodio) T-104 C-88 Densidad T-84 y T-85 C-127 y C-128 Absorción T-84 y T-85 C-127 y C-128

Materia Orgánica (Arenas para Concreto) T-21 C-40 Aditivos: Se utilizan como ingredientes del concreto y, se añaden a la mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado, con el objeto de modificar sus propiedades para que sea más adecuada a las condiciones de trabajo o para reducir los costos de producción. (Jaime, 1997)

Figura 6 Aditivos que se utilizan en el Concreto

7 Fuente: Manual Para la Revisión de Estudios Geotécnicos, MTI.


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3.2.3. PROPIEDADES DEL CONCRETO Las propiedades del concreto son sus características o cualidades básicas. Las cuatro propiedades principales del concreto son: trabajabilidad, cohesividad, resistencia y durabilidad. (IMCYC, 2004).

Las características del concreto pueden variar en un grado considerable, mediante el control de sus ingredientes. Por tanto, para una estructura específica, resulta económico utilizar un concreto que tenga las características exactas necesarias, aunque esté débil en otras.

Trabajabilidad: Es la facilidad con la cual pueden mezclarse los ingredientes y la mezcla resultante puede manejarse, transportarse y colocarse con poca pérdida de la homogeneidad. Es una propiedad importante para muchas aplicaciones del concreto.

Durabilidad: El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos y desgastes, a los cuales estará sometido en el servicio.

Impermeabilidad: Es una importante propiedad del concreto que puede mejorarse, con frecuencia, reduciendo la cantidad de agua en la mezcla.

Resistencia: Es una propiedad del concreto que, casi siempre, es motivo de preocupación. Por lo general se determina por la resistencia final de una probeta en compresión. Como el concreto suele aumentar su resistencia en un periodo largo, la resistencia a la compresión a los 28 días es la medida más común de esta propiedad. (Frederick, 1992)


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3.3. MÉTODO DE DISEÑO DE LA AASHTO 93 El método de diseño de la AASHTO 93 está basado en el experimento vial de la ASSHO y el desarrollo de los pavimentos a través del tiempo.

El desarrollo de los métodos de diseño de pavimentos, puede de una manera simplificada y en función de su nivel de información, dividirse en tres grandes etapas:

Primera Etapa: Antes de la Segunda Guerra Mundial

Los métodos de diseño se fundamentan en las características de los suelos de fundación y en la comparación del comportamiento de pavimentos similares que habían tenido buena duración. Se conocía que el tráfico tiene efecto sobre el diseño, pero su única medición se basa en el conteo de vehículos, clasificación por intensidad y carga máxima por eje. Se dispone de más de 18 métodos de diseño, entre los más conoci

Segunda Etapa: Después de la Segunda Guerra Mundial y hasta 1988

Se estudian los efectos de la acción de las cargas en la actuación de los pavimentos, se cuantifican los diversos factores que participan en el diseño y su influencia en el comportamiento de la estructura; se considera, en especial, el efecto de las cargas y su número de aplicaciones sobre el pavimentos, y la

factores de diseño y se corrigen, o ajustan, estas bases en función del comportamiento real ante el tráfico. En esta etapa han tenido gran influencia los

los métodos actuales.

Entre los más conocidos están:

Carretera Experimental Maryland (USA) Carretera Experimental WASHO (USA) Carretera Experimental LARR (GER)

Experimento Vial de la AASHO (USA)

Tercera Etapa: A partir de 1993

La Asociación de Administradores de Carreteras de Estados Unidos (AASHTO) desarrollo un método de diseño que se califica como racional. Pero consideran que se fundamenta el procedimiento en un alto grado en valores experimentales. Por esta razón, a partir de 1993 la AASHTO se ha dedicado a desarrollar un


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fundamentales de esfuerzos y deformaciones. En 2002 la AASHTO propone un método empírico-mecanicista para diseño de pavimentos y este todavía se encuentra en etapa de desarrollo final.

3.3.1. EXPERIMENTO VIAL AASHO La prueba de pavimentación que en su momento se conoció como AASHO, por sus siglas en inglés y debido a que en aquel entonces no estaba integrado el departamento del transporte de EU a esta organización. Fue concebida y promovida gracias a la organización que ahora conocemos como AASHTO

Asociation estudiar el comportamiento de estructuras de pavimento de espesores conocidos, bajo cargas móviles de magnitudes y frecuencias conocidas y bajo el efecto del medio ambiente. Fue formulada por el consejo de investigación de carreteras de la academia nacional de ciencias consejo nacional para la investigación, la planeación empezó en 1951, la construcción del proyecto comenzó en 1956 muy cerca de Ottawa, Illinois y concluyo en 1958. EL tráfico controlado de la prueba se aplicó de octubre de 1958 a noviembre de 1960, o sea, durante más de dos años.

Los objetivos del experimento fueron:

Bajo el objetivo de daños al pavimento determinar la relación espesores-repetición de carga.

Proveer información cuantitativa sobre los daños producidos por las cargas. Definir el concepto de Serviciabilidad. Medir la Serviciabilidad y su utilización para caracterizar el desempeño del

tráfico acumulado. Estudiar la calidad de los diferentes materiales para base (granulares y

estabilizados).

Se realizaron 6 circuitos de prueba, todos eran tramos de dos carriles y tenían la mitad del tramo en pavimento de concreto y la otra en pavimento flexible. El Circuito 1 se dejó sin cargas para evaluar el impacto del Medio Ambiente en los pavimentos. El Circuito 2 se utilizó con aplicaciones de cargas de camiones ligeros. En los Circuitos de 3 al 6 se realizaron aplicaciones de carga con camiones pesados. Los circuitos 5 y 6 tuvieron idénticas configuraciones y combinaciones de carga.


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Figura 7 Esquema de Circuitos para Prueba AASHO8

Cada circuito consistía de dos largas carreteras paralelas conectadas en los extremos por retornos, las secciones de prueba de los pavimentos estaban localizadas en las rectas o tangentes de cada circuito. La sección estructural de prueba tenía una longitud de 30 m en pavimentos flexibles, 36 m en pavimentos de concreto simple y 80 m en pavimentos continuamente reforzados. Las secciones de prueba tanto de flexible como de pavimento rígido fueron construidas sobre idénticos terraplenes. También se examinaron bajo las mismas condiciones climáticas, por el mismo número de cargas aplicadas, el mismo tráfico y velocidades de operación.

Los principales experimentos sobre pavimentos fueron diseñados de modo que los resultados de las pruebas fueran estadísticamente significativos. Las secciones de prueba de los pavimentos de varios espesores fueron sometidas a tráfico controlado. Las secciones examinadas representaban todas las combinaciones de los factores de diseño para concreto y asfalto. Cada circuito de tráfico contenía algunas secciones que no formaban parte de los principales experimentos sobre pavimentos. Estas secciones se incluyeron para estudios especiales tales como los efectos de acotamientos pavimentados y bases estabilizadas en el comportamiento del pavimento.

8 Fuente: The ASSHO Road Test, Highway Research Board 1962.


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Las mediciones del comportamiento de un pavimento en términos de su capacidad para soportar el tráfico con seguridad y comodidad en la esencia del concepto de capacidad de servicio. Su desarrollo para convertirlo en un procedimiento trabajable por parte del personal de la Prueba de Carreteras constituyó una aportación muy importante a la ingeniería de carreteras. El nivel requerido de servicio de un pavimento depende de la función que requiera dársele al pavimento.

Las variables que intervienen en el diseño de los pavimentos constituyen en realidad la base del diseño del pavimento por lo que es importante conocer las consideraciones más importantes que tienen que ver con cada una de ellas para así poder realizar diseños confiables y óptimos al mismo tiempo.

El procedimiento de diseño normal es suponer un espesor de pavimento e iniciar a realizar tanteos, con el espesor supuesto calcular los Ejes Equivalentes y posteriormente evaluar todos los factores adicionales de diseño, si se cumple el equilibrio en la ecuación el espesor supuesto es resultado del problema, en caso de no haber equilibrio en la ecuación se deberán seguir haciendo tanteos para tomando como valor semilla el resultado del tanteo anterior. La convergencia del método es muy rápida.

3.3.2. FACTORES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO

3.3.2.1. TRÁNSITO Interesan para el dimensionamiento de los pavimentos las cargas más pesadas por eje (simple, tándem o trídem) esperadas en el carril de diseño (el más solicitado, que determinara la estructura del pavimento de la carretera) durante el periodo de diseño adoptado. La repetición de las cargas de tránsito y la consecuente acumulación de deformaciones sobre el pavimento (fatiga) son fundamentales para el cálculo.

Los estudios de transito son fundamentales para el diseño de un pavimento ya que estos determinan la cantidad de vehículos que pasarán en la vía o carretera que se diseña, gran parte del espesor de un pavimento depende de los volúmenes de tránsito. El estudio de transito se realiza por medio de aforos o conteo vehicular. Estos conteos se pueden realizar de modo manual o automático con equipos especiales. En los estudios de transito se clasifican los vehículos de acuerdo a sus características geométricas y capacidad de carga.


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Figura 8 Clasificación Vehicular por Ejes de Carga9

Los datos importantes que se obtienen de un aforo vehicular son:

Tránsito diario promedio anual (TPDA): es el promedio de los conteos de 24 horas recolectados todos los días del año. Los TPDA se usan en varios análisis de tránsito y transporte para: estimación de ingresos debido al peaje, cálculo de tasas de accidentes, establecimiento de tendencias del

carretera, etc.

Transito Diario Promedio (TDP): es el promedio de los conteos de 24 horas recolectados, en un número de días mayor que 1, pero menor que un año. Estos se usan para: planificación de actividades de la carretera, medición de la demanda actual y evaluación de flujo existente de tránsito.

Volumen de la hora pico (VHP): es el número máximo de vehículos que pasan por un punto en una carretera durante un periodo de 60 minutos consecutivos. Los VHP se usan para: clasificación funcional de la carretera, diseño geométrico de las carreteras, análisis de capacidad, desarrollo de programas relacionados con las operaciones de tránsito, regulación del desarrollo de estacionamientos.

9 Fuente: Ministerio de Transporte e Infraestructura, Nicaragua.


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Clasificación de Vehículos (CV): registra el volumen respecto al tipo de vehículo, por ejemplo, automóviles de pasajeros, camiones de dos ejes o camiones de tres ejes. Los CV se usan para: diseño de características geométricas, análisis de capacidad, ajuste de conteos de transito obtenidos por máquina, diseño estructural de los pavimentos de las carreteras.

3.3.2.2. PROPIEDADES DEL SUELO De la calidad de esta capa depende, en gran parte, el espesor que debe tener el pavimento, sea flexible o rígido. Como parámetro de evaluación de esta capa se emplea la capacidad de soporte o resistencia a la deformación por esfuerzo cortante bajo las cargas de tránsito. Es necesario tener en cuenta la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto en lo que se refiere a la resistencia como a los eventuales variaciones de volumen (hinchamiento retracción). Los cambios de volumen de un suelo de subrasante de tipo expansivo puede graves danos a las estructuras que se apoyan sobre este, por esa razón cuando se construya un pavimento deberá tomarse la precaución de impedir las variaciones de humedad del suelo para lo cual habrá que pensar en la impermeabilización de la estructura. Otra forma de enfrentar este problema es mediante la estabilización de este tipo de suelo con algún aditivo.

Para poder conocer la calidad de la capa subrasante y el suelo que la compone se deben realizar estudios de suelo según la normativa ASAHTO o ASTM, de los cuales se pueden mencionar los siguientes:

Análisis Granulométrico de los Suelos: la finalidad es obtener la distribución por tamaño de una muestra de suelo. Así como su clasificación mediante sistemas como AASHTO o SUCS. Este ensayo es importante, pues en este se basa el criterio de aceptación de los suelos para ser utilizados en bases o subbases de carreteras u otras obras. Para obtener la distribución por tamaño se emplean tamices normalizados y numerados, dispuestos en orden decreciente.

Límites de Consistencia del Suelo: la determinación de los límites de consistencia de un suelo proporciona una idea clara de la calidad de suelo que se posee. Este estudio se realiza a los suelos finos presentes en la muestra y se utiliza directamente en la especificación para controlar los suelos a utilizar en terraplenes. Con este estudio se determina el límite líquido, limite plástico e índice de plasticidad de los suelos.


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California Bearing Ratio (CBR): este ensayo mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. Se aplica para la evaluación de la calidad relativa de suelos para subrasante, algunos materiales de subbase y bases granulares. Este ensaye se realiza por lo general en laboratorio bajo condiciones controladas.

Tabla 3 Ensayes de Suelo para Muestras Representativas10

Tipo de Ensaye Designación

AASHTO ASTM Análisis Granulométrico de los

Suelos T-88 D-422

Limite Liquido de los Suelos T-89 D-423 Limite Plástico e Índice de Plasticidad de los Suelos T-90 D-424

Clasificación AASHTO M-145 D-3282 Humedad Natural D-2216

CBR T-193 D-1883

3.3.2.3. CLIMA Los factores que en nuestro medio más afectan a un pavimento son las lluvias y los cambios de temperatura.

Las lluvias por su acción directa en la elevación del nivel freático influyen en la resistencia, la compresibilidad y los cambios volumétricos de los suelos de la subrasante especialmente. Este parámetro también influye en algunas actividades de construcción tales como el movimiento de tierras y la colocación y compactación de capas granulares y asfálticas.

Los cambios de temperatura en las losas de pavimentos rígidos ocasionan en estas esfuerzos muy elevados, que en algunos casos pueden ser superiores a los generados por las cargas de los vehículos que circulan sobre ellas.

En los pavimentos flexibles y dado que el asfalto tiene una alta susceptibilidad térmica, el aumento o la disminución de temperatura puede ocasionar una modificación sustancial en el módulo de elasticidad de las capas asfálticas, ocasionando en ella y bajo condiciones especiales, deformaciones o agrietamientos que influirán en el nivel de servicio de la vía.

10 Fuente: Manual Para la Revisión de Estudios Geotécnicos, MTI.


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3.3.2.4. MATERIALES DISPONIBLES Los materiales disponibles son determinantes para la selección de la estructura de pavimento más adecuada técnica y económicamente. Por una parte, se consideran los agregados disponibles en canteras. Además de la calidad requerida, en la que se incluye la deseada homogeneidad, hay que atender al volumen disponible aprovechable, a las facilidades de explotación y al precio, se deben considerar los materiales básicos de mayor costo: ligantes y conglomerantes, especialmente.

El análisis de los costos de construcción debe complementarse con una prevención del comportamiento del pavimento durante el periodo de diseño, la conservación necesaria y su costo actualizado y, finalmente, una estimación de futuros refuerzos estructurales, renovaciones superficiales o reconstrucciones.

3.4. VARIABLES DE DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO Confiabilidad (R): la probabilidad de que el sistema de pavimento se comporte de manera satisfactoria durante su vida útil en condiciones adecuadas para su operación. Otra manera de interpretar este concepto sería aquélla que la probabilidad de que los problemas de deformación y resistencia estén por debajo de los permisibles durante la vida de diseño del pavimento. La confiabilidad puede relacionarse a un factor de seguridad.

Desviación Estándar de la Confiabilidad (So): también llamado error estándar, este último representa el número de ejes que puede soportar el pavimento hasta que su índice de serviciabilidad descienda por debajo de un determinado índice de servicio final (Pt).

Módulo de Ruptura del Concreto (MR): Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión es recomendable que su especificación de resistencia sea acorde con ello, por eso el diseño considera resistencia del concreto trabajando a flexión, que se conoce como resistencia a la flexión por tensión (S´c) o Módulo de ruptura (MR) normalmente especificada a los 28 días. Existe una prueba normalizada por la ASTM C78 para la obtención del módulo de ruptura la cual consiste en aplicar carga a la viga de concreto en los tercios de su claro de apoyo (Figura No. 9). Se puede realizar otra prueba similar aplicándole carga al centro del claro, sin embargo, los resultados obtenidos son diferentes aproximadamente entre 15% a 20% mayores.


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Figura 9 Prueba para obtención de Módulo de Ruptura.

Módulo de Elasticidad del Concreto (Ec): está estrechamente relacionado con la capacidad que tiene el concreto a resistir las deformaciones debidos a la aplicación de las cargas de tránsito. Se determina mediante la norma ASTM C469 y se puede correlacionarse con otras características del material como puede ser su resistencia a la compresión (f´c). Coeficiente de Transferencia de Carga (J): También se conoce como coeficiente de transmisión de carga (J) y es la capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir las fuerzas cortantes con sus losas adyacentes, con el objetivo de minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento. Mientras mejor sea la transferencia de cargas, mejor será el comportamiento de las losa del pavimento.

Figura 10 Ilustración de mala y buena transferencia de carga.

Módulo de Reacción de la Subrasante (K): La resistencia de la subrasante se obtiene mediante el módulo de reacción del suelo (K) por medio de la prueba de placa ASTM D1195 Y D1196. El módulo de reacción del suelo corresponde a la capacidad portante que tiene el terreno natural en donde se soportará el cuerpo del pavimento.


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Figura 11 Prueba de Placa para obtención de módulo de reacción de subrasante.

Coeficiente de Drenaje (Cd): En cualquier tipo de pavimento, el drenaje es un factor importante en el comportamiento de la estructura del pavimento a lo largo de su vida útil y por lo tanto en el diseño del mismo. El coeficiente de drenaje evalúa la calidad del drenaje y la exposición a la saturación que tiene la estructura del pavimento. Índice de Serviciabilidad Inicial (Po) y Final (Pt): La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y camiones) que circulan en la vía, se mide en una escala del 0 al 5 en donde 0 (cero) significa una calificación para pavimento intransitable y 5 (cinco) para un pavimento excelente. La serviciabilidad es una medida subjetiva de la calificación del pavimento, sin embargo la tendencia es poder definirla con parámetros medibles.


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3.5. PROGRAMA DE DISEÑO WINPAS El WINPAS es un software de análisis de pavimentos para Windows basado en la guía de diseño de pavimentos de la ASSHTO 93, por lo tanto sirve para el diseño de pavimentos flexibles y rígidos. Para poder utilizar el programa y diseñar un pavimento rígido es necesario conocer o determinar las variables de diseño mencionadas en la acápite anterior, además del número y tipo de ejes

espesor de la losa hidráulica.

En este programa se incluyeron todas las especificaciones del método, por lo que se vuelve fácil su utilización ya que tiene cuadros de ayuda de donde se pueden tomar los valores de las variables, con su debida justificación. El software se utilizará únicamente para diseñar el espesor de losa Hidráulica y la proyección de

El programa fue elaborado en base al diseño de losas convencionales, aunque en el mismo no se mencionan ni se toman en cuenta las dimensiones de la misma. Es por lo tanto, que el diseño alternativo contempla la utilización de losas convencionales en lugar de losas cortas ha como se plantea en el proyecto que se está ejecutando y se compararán los beneficios que este diseño presenta.

Los alcances del programa van hasta la programación de futuras reparaciones o reconstrucciones del pavimento, así como los costos a lo largo del ciclo de vida útil del mismo.


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4. DISEÑO METODOLOGICO Para llevar a cabo el trabajo monográfico se deberán llevar a cabo los siguientes pasos:

1. Obtención de Información sobre el Proyecto. En primer lugar, se recopilaron todos los datos del proyecto que actualmente se está ejecutando para utilizar los datos reales de tráfico y suelo se utilizaron en el diseño alternativo que se presenta en el documento monográfico.

2. Proponer Variables de Diseño y Espesores de Capas. Se analizaron los datos de tráfico y suelo para proponer los espesores de las capas subrasante y subbase, y el tratamiento que se le darán a las mismas. A partir de esto, se analizan y se propusieron las variables de diseño en base a la guía de diseño de la AASHTO 93.

3. Diseñar el Espesor de Losa Hidráulica por medio de WINPAS. Una vez definidas todas las variables de diseño y las proyecciones de tráfico para el proyecto, se realizó el diseño de la losa hidráulica con el programa de diseño WINPAS.

4. Generar un manual paso a paso del Diseño de Espesor de Losa con el programa WINPAS. Se explica de manera detallada como obtener e introducir las variables necesarias para realizar el diseño de espesor de losa hidráulica con el programa WINPAS.

5. Generar Especificaciones Técnicas. Finalizado el diseño de la estructura de pavimento rígido, se generaron especificaciones constructivas de la losa hidráulica y especificaciones de los materiales a utilizarse en la construcción de las capas y fabricación del concreto.


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4.1. ESTUDIO DE SUELOS Con el objetivo de obtener la información necesaria para caracterizar los materiales de la subrasante, aspecto primordial para el diseño de la estructura de pavimento, se removieron muestras alteradas en un total de 35 puntos. La ubicación de dichos puntos fue aproximadamente cada 200 metros. Las muestras obtenidas fueron clasificadas visualmente, rotuladas y trasladadas al laboratorio para su posterior evaluación y ensayo de acuerdo a los procedimientos y normas establecidas en la Tabla 3.

Con los resultados de laboratorio, se clasificaron los materiales por los sistemas SUCS y AASHTO. A estas muestras se le determinó la capacidad soporte (CBR). Estos valores de capacidad soporte son los que sirven de insumo en el análisis de la capacidad soporte de la subrasante, para los efectos del dimensionamiento de la estructura de pavimento.

De los resultados del laboratorio (anexo A), se puede deducir lo siguiente:

En diecisiete, de los 35 sitios explorados, se encontraron materiales de baja calidad en el estrato muestreado. Siendo la capacidad soporte de estos

Se identificó una capa superficial de suelos con características muy particulares, correspondientes a suelos débiles y muy débiles (baja capacidad soporte) y plasticidad elevada. Estos suelos presentan baja densidad máxima y retienen gran cantidad de agua, con humedad óptima superior a 50%.

En 17 sitios explorados se encuentran índices de plasticidad entre 7 y 23 con bajos valores de capacidad de soporte (CBR 3).

En 14 sitios se encontraron suelos tipo A-1-b. Sin embargo, solamente en 3 estaciones (4+750, 5+780, 5+852) este tipo de suelo se encuentra entre la rasante proyectada y el terreno existente, de manera que solamente en estos casos el material de corte puede servir como material apto para la construcción de terraplenes. En los 11 sitios restantes, este suelo se encuentra entre 2 y 3 metros de profundidad por debajo de la rasante proyectada, que es demasiado profundo como para extraerlo y utilizarlo como material de préstamo o relleno de calidad.


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4.2. ESTUDIO DE TRÁFICO El estudio de tránsito se obtuvo en base a los datos proveídos por los conteos y distribución de tráfico realizados por el MTI y publicados en nuario de Aforos de Tráfico 2012

Para determinar el tráfico de proyecto se analizó el tráfico de los tramos inmediatos a la carretera Masaya Las Flores. Estos tramos son:

Empalme Ticuantepe Masaya.

Tabla 4 TPDA Estación 403: Tramo Empalme Ticuantepe - Masaya11

AÑO Vehículos Livianos Pesados de Pasajeros Pesados de Carga

TPDA

Moto Autos Jeep Cta Mbus Mbus>15P Bus Liv C2 C2 C3 C2R2 C2R3 T3S2 T3S3 T2S2

2012 1659 4,122 1901 2871 747 473 511 908 249 59 0 0 163 0 0 13,663

Empalme Coyotepe Empalme Zambrano.

Tabla 5 TPDA Estación 1100: Tramo Empalme Coyotepe Empalme Zambrano12


TPDA Moto Autos Jeep Cta Mbus Mbus>15P Bus Liv

C2 C2 C3 C2R2 C2R3 T3S2 T3S3 T2S2

2011 360 907 318 800 160 26 124 333 289 43 0 0 373 0 0 3,733

201213 369 930 326 820 164 27 127 341 296 44 0 0 382 0 0 3826

Para obtener el tráfico Circunvalación de Masaya Las

El flujo vehicular es de norte a sur.

El TPDA del proyecto equivale a la suma de los TPDA de las estaciones de conteo 403 y estación 1100.

El 50% de los vehículos livianos harán uso del proyecto.

11 Fuente: MTI: Anuario de Aforos de Tráfico 2012. 12 Fuente: MTI: Anuario de Aforos de Tráfico 2012. 13 Valores Proyectados con tasa de crecimiento anual de 2.5%


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El 10% de los vehículos pesados de pasajeros se desviaran por el proyecto (transporte expreso a granada e Internacional).

El 80% de los vehículos de carga usarán el proyecto (Transporte pesado de carga hacia región centroamericana e industrias en ciudad de Granada).

Tabla 6 TPDA de Diseño14.


TPDA Moto Autos Jeep Cta Mbus Mbus>15P Bus Liv

C2 C2 C3 C2R2 C2R3 T3S2 T3S3 T2S2

2012 1014 2526 1113 1846 91 50 64 999 436 82 0 0 436 0 0 8,658

4.2.1. TASA DE CRECIMIENTO La tasa de crecimiento anual histórica del tráfico en el tramo de carretera (Masaya-Granada) provisto por el MTI en el Anuario de Aforos de Tráfico 2012 es de 2.51%. Dado que este no es el único tramo que se debe tomar en cuenta para la crecimiento del tráfico de proyecto, también se tomó en cuenta la estación de mayor cobertura 107:Sebaco San Isidro con una tasa de crecimiento anual histórica de 4.75%, por lo que tiene incidencia en el tramo de estudio. Por lo tanto se calculó el promedio de las tasas de crecimiento de los dos tramos y se utilizó este porcentaje para obtener la proyección del tráfico en la vida útil de la carretera Circunvalación de Masaya- .

Tabla 7 Tasa de Crecimiento Anual de Proyecto15.

Descripción Tasa de

Crecimiento (%)

Estación 107: Sébaco-San Isidro 4.75

Estación 401: Masaya-Granada 2.51

Proyecto (Promedio) 3.63

14 Fuente: Elaborado por el autor. 15 Fuente: Elaborado por el autor.


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4.2.2. PROYECCIÓN DEL TRÁFICO Los volúmenes de tránsito y su composición son de gran importancia en el diseño ya que estos definen las características geométricas y estructurales del pavimento.

Tabla 8 Proyección del TPDA de Diseño16.

Tipo de vehículo Moto Autos Jeep Camioneta Microbús Mbus >15P Bus C2

Liviano C2 C3 T3S2

AÑO TPDA % CREC. 12% 29% 13% 21% 1% 1% 1% 12% 5% 1% 5%

2012 8,658 3.63% 1014 2,526 1113 1,846 91 50 64 999 436 82 436 2013 8,972 3.63% 1051 2618 1154 1912 94 52 66 1036 452 85 452 2014 9,298 3.63% 1089 2713 1196 1982 98 54 69 1073 468 89 469 2015 9,636 3.63% 1128 2811 1239 2054 101 56 71 1112 485 92 486 2016 9,985 3.63% 1169 2913 1284 2128 105 58 74 1153 503 95 503 2017 10,348 3.63% 1212 3019 1331 2206 109 60 76 1195 521 99 521 2018 10,723 3.63% 1256 3128 1379 2286 113 62 79 1238 540 102 540 2019 11,113 3.63% 1301 3242 1429 2369 117 64 82 1283 560 106 560 2020 11,516 3.63% 1349 3360 1481 2455 121 66 85 1329 580 110 580 2021 11,934 3.63% 1398 3482 1535 2544 126 69 88 1378 601 114 601 2022 12,367 3.63% 1448 3608 1591 2636 130 71 91 1428 623 118 623

2023 12,816 3.63% 1501 3739 1648 2732 135 74 94 1479 646 122 646 2024 13,281 3.63% 1555 3875 1708 2831 140 77 98 1533 669 126 669

2025 13,764 3.63% 1612 4015 1770 2934 145 79 101 1589 693 131 694

2026 14,263 3.63% 1670 4161 1834 3040 150 82 105 1647 719 136 719 2027 14,781 3.63% 1731 4312 1901 3151 156 85 109 1706 745 141 745 2028 15,318 3.63% 1794 4469 1970 3265 161 88 113 1768 772 146 772 2029 15,874 3.63% 1859 4631 2041 3384 167 92 117 1832 800 151 800 2030 16,450 3.63% 1927 4799 2116 3506 173 95 121 1899 829 157 829 2031 17,047 3.63% 1996 4973 2192 3634 179 98 126 1968 859 162 859 2032 17,666 3.63% 2069 5154 2272 3766 186 102 130 2039 890 168 890 2033 18,307 3.63% 2144 5341 2354 3902 193 106 135 2113 922 174 922

16 Fuente: Elaborado por el autor.


44

Figura 12 Proyección del TPDA de Proyecto.

4.2.3. CONFIGURACION DE CARGA Para poder determinar los daños que se generan en un pavimento a lo largo de su vida útil debido a los esfuerzos de carga provocados por el tráfico, es necesario utilizar un método de equivalencia de carga para cuantificar el número de veces que un tipo de carga es aplicado al pavimento. Debido a que el trafico posee diferentes configuraciones según el vehículo (número de llantas, ejes y distancia

tráfico estándar

un pavimento se puede diseñar en base a este número de Ejes Equivalentes o

4.2.4. FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA El Factor equivalente de carga es el valor numérico que expresa la relación entre la pérdida de serviciabilidad causada por la carga de un tipo de eje y la producida por el eje estándar de 80kN (18,000 lb). Estos factores se obtienen de la tabla 28 y 29 en el anexo B.

Para poder calcular el factor de equivalencia de carga se deben tomar en cuenta los siguientes factores:

Todos los vehículos traficarán cargados al 100%.

8,658 8,972 9,298 9,636 9,985 10,348 10,723 11,113 11,516 11,934 12,367 12,816

13,281 13,764

14,263 14,781

15,318 15,874

16,450 17,047

17,666 18,307

8,000

10,000

12,000

14,000

16,000

18,000

20,000

2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034

TPDA

AÑO

Proyección del TPDA

TPDA


45

Los vehículos livianos generan deformaciones despreciables por lo que no

se toman en cuenta para el diseño.

Se estima un espesor de la losa de concreto equivalente a D=10 pulgadas.

La serviciabilidad final Pt= 2.5

4.2.5. FACTOR CAMIÓN Una vez calculado el factor equivalente de carga o LEF (Load equivalent factor), se procedió a calcular el factor camión para cada vehículo. Este factor camión (FC) no es más que la suma de los factores equivalente de carga de cada eje que posee cada uno de los vehículo en análisis.

Tabla 9 Factor de Equivalencia de Carga por Vehículo17.

CARGADO AL 100%

VEHICULO TIPO DE

EJE PESO (Ton.) Ton. Kips. F.E.C

FACTOR CAMIÓN

Micro Bus SENCILLO 6

2 4.48 0.0020 0.0585

Micro Bus SENCILLO 4 8.96 0.0565

Bus SENCILLO 12

5 11.20 0.1374 0.6963

Bus SENCILLO 7 15.68 0.5589

C2-LIV SENCILLO 13

5 11.20 0.1374 1.1174

C2-LIV SENCILLO 8 17.92 0.9800

C2 SENCILLO 14

5 11.20 0.1374 1.7814

C2 SENCILLO 9 20.16 1.6440

C3 SENCILLO 20

5 11.20 0.1374 1.9974

C3 TANDEM 15 33.60 1.8600

T3-S2 SENCILLO

35

5 11.20 0.1374

3.8574 T3-S2 TANDEM 15 33.60 1.8600

T3-S2 TANDEM 15 33.60 1.8600

4.2.6. EJES EQUIVALENTES A partir de los datos obtenidos en la Tabla 9 se procedió a calcular los ejes equivalentes de carga acumulados que pasaran sobre el carril de diseño.



46

Tabla 10 Cálculo de 18.

Tipo de Vehículo Mbus

Mbus <15p

Bus Liv C2 C2 C3 T3S2 ESAL's Anual ESAL's

Acumulado

Factor Camión 0.0585 0.6963 0.6963 1.1174 1.7814 1.9974 3.8574 AÑO TPDA % Crec. ESAL's

2013 8,972 3.63% 2,016 13,160 16,806 422,428 293,904 62,300 636,529 1447,142 1447,142 2014 9,298 3.63% 2,089 13,637 17,416 437,762 304,573 64,561 659,635 1499,674 2946,816 2015 9,636 3.63% 2,165 14,132 18,048 453,653 315,629 66,905 683,580 1554,112 4500,928 2016 9,985 3.63% 2,243 14,645 18,703 470,120 327,086 69,334 708,394 1610,526 6111,454 2017 10,348 3.63% 2,325 15,177 19,382 487,186 338,959 71,850 734,109 1668,988 7780,442 2018 10,723 3.63% 2,409 15,728 20,086 504,870 351,264 74,458 760,757 1729,572 9510,014 2019 11,113 3.63% 2,497 16,299 20,815 523,197 364,014 77,161 788,372 1792,356 11302,370 2020 11,516 3.63% 2,587 16,890 21,571 542,189 377,228 79,962 816,990 1857,418 13159,788 2021 11,934 3.63% 2,681 17,503 22,354 561,871 390,921 82,865 846,647 1924,843 15084,631 2022 12,367 3.63% 2,779 18,139 23,165 582,267 405,112 85,873 877,380 1994,714 17079,345 2023 12,816 3.63% 2,879 18,797 24,006 603,403 419,818 88,990 909,229 2067,123 19146,467 2024 13,281 3.63% 2,984 19,480 24,877 625,306 435,057 92,220 942,234 2142,159 21288,627 2025 13,764 3.63% 3,092 20,187 25,780 648,005 450,849 95,568 976,437 2219,919 23508,546 2026 14,263 3.63% 3,205 20,920 26,716 671,528 467,215 99,037 1011,882 2300,503 25809,048 2027 14,781 3.63% 3,321 21,679 27,686 695,904 484,175 102,632 1048,613 2384,011 28193,059 2028 15,318 3.63% 3,441 22,466 28,691 721,165 501,751 106,358 1086,678 2470,550 30663,610 2029 15,874 3.63% 3,566 23,281 29,733 747,344 519,964 110,219 1126,124 2560,231 33223,841 2030 16,450 3.63% 3,696 24,126 30,812 774,472 538,839 114,219 1167,003 2653,168 35877,009 2031 17,047 3.63% 3,830 25,002 31,930 802,586 558,399 118,366 1209,365 2749,478 38626,486 2032 17,666 3.63% 3,969 25,910 33,089 831,720 578,669 122,662 1253,265 2849,284 41475,770 2033 18,307 3.63% 4,113 26,850 34,290 861,911 599,674 127,115 1298,758 2952,713 44428,483

ESAL's Acumulado 44428,483 F.Distrib = 0.5 22214,241

F.Carril = 1 22214,241



47

4.3. SELECCIÓN DE VARIABLES DE DISEÑO

4.3.1.1. CONFIABILIDAD (R) La confiabilidad está definida como la probabilidad de que el sistema de pavimento se comporte de manera satisfactoria durante su vida útil en condiciones adecuadas para su operación. Otra manera de interpretar este concepto sería aquélla que la probabilidad de que los problemas de deformación y resistencia estén por debajo de los permisibles durante la vida de diseño del pavimento.

La confiabilidad también puede relacionarse con un Factor de Seguridad, y se relaciona con el tipo de uso que se le dará al pavimento, por ende entre más importancia tenga la vía, mayor será el nivel de confiabilidad que se requiere. Es por esto que la confiabilidad es una de las variables que más afecta el espesor de la losa de concreto hidráulico.

Tabla 11 Valores de Confiabilidad recomendado según clasificación de Carretera19.

Clasificación de la Carretera Valores Recomendados de

Confiabilidad (%) Urbana Rural

Interestatales y Autopistas 85-99.9 80-99.9 Arterias Principales 80-99.9* 75-95

Colectoras 80-95 75-95 Locales 50-80 50-80

* Valor utilizado es 85.

Circunvalación Masaya- se consideró como una arteria principal urbana debido a que servirá como medio de alivio a una carretera principal interurbana (Carretera Masaya) y por esta circulará, en su mayoría, transporte pesado. Por lo tanto se tomó un valor de Confiabilidad equivalente al 80%.

4.3.1.2. DESVIACIÓN ESTANDAR (SO) La desviación estándar (So) o también llamado error estándar representa el número de ejes que puede soportar el pavimento hasta que su índice de serviciabilidad descienda por debajo de un determinado índice de servicio final (Pt). Por otra parte, es fácil deducir que si el número de ESAL previstos es menor que el número de ESAL s reales, la vida útil del pavimento se acortará. Por lo tanto, la

19 Fuente: Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras de Pavimento, 1993.


48

variabilidad en la ejecución de la construcción afecta en gran medida la bondad de un diseño, por ejemplo:

La variación en las propiedades de los materiales a lo largo del pavimento, produce como resultado una variación en el desarrollo de fallas y rugosidades en ese pavimento.

Las fallas localizadas en zonas débiles, dan como resultado una

disminución en la vida útil del pavimento.

La variación de la ubicación de los pasadores en las juntas y profundidad de colocación de la armadura da como resultado una variación en el desarrollo de fallas y rugosidades.

La variación entre los datos de diseño del pavimento y los reales puede

significar un aumento o disminución de la vida útil del mismo. Es por esto que es necesario una variable (S0 Desviación Estándar) que acote la variabilidad de todos éstos factores dentro de unos límites permisibles, con el fin de asegurar que la estructura del pavimento se comporte adecuadamente durante su período de diseño.

Tabla 12 Valor de Desviación Estándar recomendado según tipo de Pavimento20.

Tipo de Pavimento Valor recomendado de

So Rígido 0.30-0.40* Flexible 0.40-0.50

* Valor utilizado 0.35

El diseño de carretera implementa un pavimento rígido por lo que se tomó un valor promedio de la deviación estándar para pavimento rígido equivalente a So=0.35.

4.3.1.3. SERVIVIABILIDAD INICIAL (PO) Y FINAL (PT) La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y camiones) que circulan en la vía, se mide en una escala del 0 al 5 en donde 0 (cero) significa una calificación para pavimento intransitable y 5 (cinco) para un pavimento excelente. La serviciabilidad es una medida subjetiva de la calificación del pavimento, sin embargo la tendencia es poder definirla con parámetros medibles.



49

Figura 13 Valores de Serviciabilidad

El índice de serviciabilidad inicial (Po) es la condición que tiene un pavimento inmediatamente después de la construcción del mismo, para su elección es necesario considerar los métodos de construcción, ya que de esto depende la calidad del pavimento. Usando buenas técnicas de construcción, el pavimento de concreto puede tener una serviciabilidad Po= 4.5. Debido a que el anterior valor es el óptimo, será el utilizado en el diseño. En la Figura No. 14 se puede observar que mientras mejor se construya inicialmente un pavimento, o bien, mientras mejor índice de serviciabilidad inicial tenga mayor será su vida útil.

Figura 14 Gráfico Serviciabilidad inicial vs. Vida útil

El índice de serviciabilidad final (Pt) tiene que ver con la calificación que esperamos tenga el pavimento al final de su vida útil, o bien, el valor más bajo que pueda ser admitido, antes de que sea necesario efectuar una rehabilitación, un refuerzo o la reconstrucción del pavimento.


50

Tabla 13 Serviciabilidad final recomendada según tipo de carretera21.

Serviciabilidad Final Clasificación de la Carretera 2.50 Interestatales; Autopistas y arteriales.

2.25 Rutas Secundarias; calles comerciales e industriales.

2.00 Calles residenciales y parqueos. El proyecto lo ubicamos como una carretera de gran importancia o arterial por lo que se asumió una valor de serviciabilidad final Pt=2.50.

4.3.1.4. MÓDULO DE RUPTURA (MR) DEL CONCRETO Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión es recomendable que su especificación de resistencia sea acorde con ello, por eso el diseño considera resistencia del concreto trabajando a flexión, que se conoce como resistencia a la flexión por tensión (S´c) o Módulo de ruptura (MR) normalmente especificada a los 28 días.

Tabla 14 Módulo de Ruptura según la resistencia a la compresión del concreto22.

Resistencia a la Compresión (Psi)

Resistencia a la flexión a los

tercios del claro (Psi)

Resistencia a la flexión al punto

medio(Psi)

2000 402 463 2500 450 518 3000 493 567 3500 532 612 4000 569 655 4500 604 694 5000 636 732 5500 667 768 6000 697 802 6500 726 834 7000 753 866

Dado que el proyecto tiene volúmenes de tránsito considerables se utilizará un

módulo de ruptura para el diseño del pavimente será MR=604 psi.

21 Fuente: Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras de Pavimento, 1993. 22 Fuente: Windows Pavement Analysis Software Guide, 1993.


51

Dado AASHTO permite utilizar la resistencia a la flexión promedio que se haya obtenido del resultado de ensayos a flexión de las mezclas diseñadas para cumplir la resistencia especificada del proyecto. Es necesario recalcular este valor utilizando los niveles de confiabilidad. La resistencia a flexión promedio se calcula con la siguiente ecuación:

Para poder calcular el módulo de ruptura promedio se debe tomar en cuenta que:

El 10% de los especímenes puede estar por debajo del valor de módulo de ruptura de diseño.

Tabla 15 Desviación normal estándar del porcentaje de resultados en los especímenes23.

Desviación normal estándar , Z Porcentaje de especímenes

por debajo del valor especificado

0.841 20 1.037 15 1.282 10 1.645 5 2.327 1

Se utilizará concreto premezclado.

Tabla 16 Desviación estándar del módulo de ruptura del concreto24.

Desviación

estándar (%) Promedio

(%) Concreto premezclado 7 - 13 10

Mezclado Central 5 - 12 8.5 Se calculó el módulo de ruptura promedio . Este es el valor que se utilizó para el diseño.

4.3.1.5. MODULO DE ELASTICIDAD (EC) DEL CONCRETO El módulo de elasticidad del concreto (Ec) indica que tanto se va a comprimir el concreto bajo carga, por lo tanto, los concretos con alto módulo de elasticidad serán casi incompresibles siendo lo contrario con los concretos de bajo módulo de elasticidad. El módulo de elasticidad está relacionado con su módulo de ruptura y se determina mediante la norma ASTM C469. En su defecto, se puede correlacionar

23 Fuente: Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras de Pavimento, 1993. 24 Fuente: Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras de Pavimento, 1993.


52

con otras características del material como puede ser su resistencia a la compresión (f´c). El módulo de elasticidad se puede calcular con las siguientes ecuaciones:

En base al módulo de ruptura:

En base a la resistencia a la compresión:

El módulo de elasticidad que se utilizó para el diseño equivale a Ec= 4,077,000 psi.

4.3.1.6. COEFICIENTE DE TRANSFERECIA DE CARGA (J) También se conoce como coeficiente de transmisión de carga (J) y es la capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir las fuerzas cortantes con sus losas adyacentes, con el objetivo de minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento. Mientras mejor sea la transferencia de cargas, mejor será el comportamiento de las losa del pavimento. La utilización de pasajuntas es la manera más conveniente de lograr la efectividad en la transferencia de cargas, por lo que se recomienda su utilización cuando:

El tráfico pesado sea mayor al 25% del tráfico total.

El número de ejes equivalentes de diseño sea mayor de 5.0 millones de ESAL´s.

Esta transferencia de cargas se realiza a través de los extremos de las losas (juntas o grietas) y su valor depende del tipo de pavimento, del tipo de borde u hombro y de la colocación de los elementos de transmisión de carga.

Para la elección del coeficiente de transferencia de carga debe tomar en cuenta:

Se utilizarán dovelas como dispositivo de transferencia de carga.

La losa estará confinada lateralmente por hombros y elementos de drenaje.


53

Tabla 17 Coeficiente de transferencia de carga por diseños típicos25.

ESAL's (millones)

Dispositivo de trasferencia de carga

Dovelas Trabazón de agregados

Refuerzo continuo Tipo de

Pavimento Confinamiento lateral no si no si no si

hasta 0.3 3.2 2.7 3.2 2.8 - - Calles y caminos

0.3 a 1 3.2 2.7 3.4 3 - - 1 a 3 3.2 2.7 3.6 3.1 - -

3 a 10 3.2 2.7 3.8 3.2 2.9 2.5 Arterias y Autopistas

10 a 30 3.2 2.7 4.1 3.4 3 2.6 Mayor a 30 3.2 2.7 4.3 3.6 3.1 2.6

El coeficiente de transferencia de carga será J=2.7.

4.3.1.7. MÓDULO DE REACCION DE LA SUBRASANTE (K) La resistencia a la subrasante se obtiene mediante el módulo de reacción del suelo (K) por medio de la prueba de placa. El módulo de reacción del suelo corresponde a la capacidad portante que tiene el terreno natural en donde se soportará el cuerpo del pavimento. Cuando se diseña un pavimento es probable que tenga diferentes valores de K a lo largo del tramo por diseñar, por lo que se recomienda utilizar el valor promedio de los módulos K para el diseño. Al no contar con la prueba de placas se correlaciona el CBR de diseño, equivalente a CBR = 8, con el Modulo resilente del suelo mediante la siguiente ecuación:

26

Una vez obtenido el módulo resilente se procede a calcular el módulo de reacción compuesto con la figura 31 en el anexo D, tomando en cuenta los siguientes parámetros:

La base será estabilizada con cemento y tendrá un módulo elástico de 400,000 psi.

Espesor de la base tratada con cemento D= 6 pulgadas.



54

Perdida de soporte 0.5.

Del nomograma (figura 31 en el anexo D) se obtuvo un valor de módulo de reacción compuesto de K=1000 pci.

Cuando se obtiene el módulo de reacción compuesto se requiere ajustar este valor al valor efectivo de módulo de reacción por perdida de soporte con la figura 32 en el anexo D. Se obtuvo un k-efectivo de 500 pci.

4.3.1.8. COEFICIENTE DE DRENAJE (CD) En cualquier tipo de pavimento, el drenaje es un factor importante en el comportamiento de la estructura del pavimento a lo largo de su vida útil y por lo tanto en el diseño del mismo. Se puede evaluar mediante el coeficiente de drenaje (Cd) el cual depende de:

Calidad del drenaje: Viene determinado por el tiempo que tarda el agua infiltrada en ser evacuada de la estructura del pavimento

Tabla 18 Calidad de Drenaje27.

Calidad de Drenaje Tiempo que tarda el agua en ser evacuada

Excelente El suelo libera el 50% de agua en 2 horas

Bueno El suelo libera el 50% de agua en 1 día

Regular El suelo libera el 50% de agua en 7 días

Malo El suelo libera el 50% de agua en 1 mes

Muy Malo El agua no evacua

Exposición a la saturación: Porcentaje de tiempo durante el año en que un pavimento está expuesto a niveles de humedad que se aproximan a la saturación. Este valor depende de la precipitación media anual y de las condiciones del drenaje.



55

Tabla 19 Coeficiente de Drenaje28.

Calidad del Drenaje

Porcentaje del tiempo en que la estructura del pavimento estará expuesta a niveles de humedad

próximos a la saturación. menos de

1% 1% - 5% 5% - 25% Más del 25%

Excelente 1.25 - 1.20 1.20 - 1.15 1.15 - 1.10 1.10 Bueno 1.20 - 1.15 1.15 - 1.10 1.10 - 1.00 1.00 Regular 1.15 - 1.10 1.10 - 1.00 1.00 - 0.90 0.90

Malo 1.10 - 1.00 1.00 - 0.90 0.90 - 0.80 0.80 Muy Malo 1.00 - 0.90 0.90 - 0.80 0.80 - 0.70 0.70

En el caso del proyecto se tiene una base estabilizada con cemento, la cual por su composición contará con drenaje de buena calidad. Dado que el proyecto está ubicado en una zona lluviosa en época de invierno y que existe la presencia de suelo fino (arcillas y limos), se tomará en cuenta que el suelo estará expuesto a niveles próximos a la saturación el 25% del tiempo. Con estas condiciones se toma un valor de coeficiente de drenaje Cd= 1.00.

Tabla 20 Resumen de Variables de Diseño29.

Variables de Diseño Descripción Valor

Transito proyectado (ESAL's) 22,214,241 Confiabilidad (%) 80 Desviación Estándar (So) 0.35 Serviciabilidad Inicial (Po) 4.5 Serviciabilidad final (Pt) 2.5 Módulo de Ruptura del Concreto (MR) 681 Psi Módulo de Elasticidad del Concreto (Ec) 4077000 Psi Coeficiente de transferencia de Carga (J) 2.7 Modulo Efectivo de Reacción de la subrasante (K) 500 Pci Coeficiente de Drenaje (Cd) 1

28 Fuente: Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras de Pavimento, 1993. 29 Fuente: Creada por el autor.


56

5. DISEÑO DE ESPESOR DE LOSA Para obtener el diseño del espesor de la losa de concreto hidráulico se utilizó el software WINPAS, basado en la metodología de diseño AASHTO 93. Se utilizó la información obtenida del estudio geotécnico, se proyectó el tráfico de diseño en base a los datos obtenidos del MTI en los estudios de tráfico del año 2012 y se propusieron las variables de diseño a criterio del autor como diseñador.

Primeramente se introduce la información del proyecto como se muestra en la figura 15.

Figura 15 Introducción de Información del Proyecto.

En la tabla 21 encontramos el resumen de las variables que fueron introducidas en el programa para obtener el espesor de losa hidráulica, como se muestra en la figura 16.


57

Figura 16 Introducción de Variables al Programa.

Una vez introducidas todas las variables en el software a como se muestra en la

aparece el resultado a como se muestra en la figura 17.


58

Figura 17 Resultado de Espesor de Losa de Concreto Hidráulico.

El resultado que arroja el programa WINPAS para el espesor de losa equivale a D= 8.84 pulgadas, por lo que se toma un espesor real D= 9 pulgadas por motivos constructivos.


59

6. MANUAL DE UTILIZACIÓN DEL SOFTWARE WINPAS En este capítulo se explica cómo utilizar el software WINPAS paso a paso para lograr obtener el espesor de losa hidráulica. El software posee ventanas de ayuda con las recomendaciones de la guía AASHTO 93 para la obtención de las variables de diseño, para lo cual también se requiere del criterio del diseñador y conocimiento de estudios de tránsito y suelo.

Paso 1: Instalación del Software.

El software debe ser instalado en una computadora que posea el sistemaoperativo Windows 98 o mejor.

Paso 2: Abrir el software e introducir información del proyecto.

Una vez instalado el software se abre el programa y aparece en la pantalla la presentación de WINPAS, a como se muestra en la figura 18.

Figura 18 Presentación del Software WINPAS.

Luego se da click proyecto, como se muestra en la figura 19.


60

Figura 19 Introducción de información de proyecto al software WINPAS.

Paso 3: Introducción de datos de tránsito.

A continuación se procede a introducir los datos obtenidos del estudio de tránsito a como se desarrolló en el punto 4.2 de este documento. Se da click en la pestaña

muestra en la figura 20.

Figura 20 Ventana de opciones de Tráfico, WINPAS.


61

, que en el caso de un pavimento rígido son:

Estimado del espesor de losa hidráulica Serviciabilidad Final Periodo de Diseño Tasa de crecimiento anual del trafico Introducción de tráfico promedio por día Se puede introducir el tráfico por carril de diseño o tráfico total.

Cada valor que se introduce tiene un cuadro de ayuda que aparece con el símbolo

serviciabilidad final.

Figura 21 Introducción de datos de Tráfico con cuadro de ayuda, WINPAS.

datos de tráfico por eje y obtener el ESAL de diseño. En la figura 22 se muestra un ejemplo de cómo introducir los datos.


62

Figura 22 Obtención .

Para poder introducir los datos en esta tabla se debe conocer la configuración, el peso y la cantidad de cada tipo de eje que va a circular por el tramo de carretera en diseño. procede con el siguiente paso.

Paso 4: Introducción de parámetros de Diseño Una vez concluido el paso anterior, se procede a introducir los datos de diseño. Se

figura 23.


63

Figura 23 Ventana de Diseño, WINPAS.

Ocuales se eligen a como se muestra en el punto 4.3 de este documento al igual que se pueden determinar utilizando los cuadros de ayuda de esta sección del programa. En la figura 24 se muestra un ejemplo de cómo introducir las variables de diseño con cuadro de ayuda.

Figura 24 Introducción de variables con cuadro de ayuda, WINPAS.


64

Paso 5: Obtención de el espesor de Losa Hidráulica

Después de haber introducido todas las variables de diseño se pone el cursor en

el programa calcule el espesor de losa Hidráulica requerido por el diseño. En la figura 25 se muestra como se obtiene el espesor de losa.

Figura 25 Obtención de espesor de losa, WINPAS.


65

7. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

7.1. CONTROL DE MATERIALES Ver artículo 107 - Control de los materiales de la normativa vigente NIC-2000.

El Contratante deberá localizar y examinar yacimientos de materiales que presentan condiciones favorables para su uso en las obras.

Todos los materiales deberán ser aprobados por el Ingeniero previamente a su incorporación en la obra y estarán sujetos a inspección, muestreo, enasyes y aprobación o rechazo en cuanquier oportunidad antes o durante su incorporación a la obra.

Prestamo, caso 1. Cuando el contratante designe en los planos yacimientos de materiales locales para su uso en las obras, el contratista, por su cuenta, hara todos los trabajos y procesamientos que sean necesarios para obtener y producir de tales yacimientos, materiales que cumplan con las especificaciones,

Los materiales deberán ser acopiados y manejados de tal manera que se asegure la conservación de sus cualidades y propiedades para la obra.

A la conclusión de las obras bajo contrato, el contratista entregara un lista de todos los materiales suministrados por el contratante y se devolveran los amteriales que no fueron utilizados en las obras bajo contrato, en condiciones similares a las que tenían cuando fueron entregados.

7.1.1. AGUA El agua que se utilizará para las mezclas de concreto debe ser agua purificada, no debe contener aceites, sal o sustancias perjudiciales. Se recomienda que el agua a utilizarse no sobrepase los límites de impurezas descritos en la tabla 21:

Tabla 21 Limites de impureza permitida en el Agua de mezclado30.

Impureza Concentración

Acidez o alcalinidad calculada en términos de carbonato de calcio 0.05%

Sólidos orgánicos totales 0.05% Sólidos inorgánicos totales 0.05%

Sulfato (SO4) 0.05% Cloruros 0.01%

30 Especificación AASHTO T-26.


66

7.1.2. CEMENTO Se deberá utilizar cemento portland tipo II que cumpla con las especificaciones de la norma AASHTO M 240.

7.1.3. AGREGADO FINO El agregado fino deberá cumplir con la granulometría presentada en la tabla 22:

Tabla 22 Granulometría del agregado fino31.

Tamiz Porcentaje que pasa (en masa) 3/8 pulgada 100

No. 4 95 a 100 No. 8 80 a 100

No. 16 50 a 85 No. 30 25 a 60 No. 50 10 a 30 No. 100 2 a 10

El agregado fino no debe contener mas del 45% del material retenido entre dos tamices consecutivos.

El módulo de finura debe estar comprendido entre 2.8 y 3.1, y no debe variar mas de 0.2 del valor típico de la fuente de materiales.

El valor de equivalente de arena debe ser 75 como mínimo.

El agregado no debe sobrepasar los porcentajes de impurezas descritos en la tabla 23:

Tabla 23 Especificaciones de impurezas en agregado fino32.

Descripcion Porcentaje Terrones de arcilla 1.0

Carbon de piedra y lignito 1.0 Material que pase el Tamiz No. 200 3.0

31 Especificación AASHTO M6. 32 Ministerio de Transporte e Infraestructura, Especificaciones Generales para la construcción de Caminos, Calles y Puentes, 2000.


67

7.1.4. AGREGADO GRUESO El agregado grueso que se utilizará en la mezcla de concreto de cemento hidráulico no deberá exceder el 40% de desgaste en la máquina de los Ángeles, AASHTO T96; y no deberá exceder el 1.0% en adherencias, FLHT 512.

No se debe utilizar agregado del que se sepa que se pule o agregados carbonatados que contengan menos del 25% en peso, de residuo soluble, determinado con AASHTO D3042.

El agregado debe cumplir con la granulometria presentada en la tabla 24:

Tabla 24 Granulometría del agregado grueso33.

Porcentaje en peso que pasa los tamaños de tamices de mallas cuadradas (AASHTO T27)

AASHTO M43 número del

tamaño

Rango de Tamaño

nominales (mm)

75 mm 63 mm 50 mm 37.5 mm

25.0 mm

19.0 mm

12.5 mm

9.5 mm

4.75 mm

2.36 mm

7 12.5-4.75 - - - - - 100 90-100 40-70 0-15 0-5 67 19.0-4.75 - - - - 100 90-100 - 20-55 0-10 0-5 57 25.0-4.75 - - - 100 95-100 - 25-60 - 0-10 0-5

467 37.5-4.75 - - 100 95-100 - 35-70 - 10-30 0-5 -

357 50.0-4.75 - 100 95-100 - 35-70 - 10-30 - 0-5 -

63-4.75 - 95-100 - 35-70 - 10-30 - - 0-5 -

4 37.5-19 - - 100 90-100 20-55 0-15 - 0-5 - -

3 50-25 - 100 95-100 35-70 0-15 - 0-5 - - -

2 63-37.5 100 90-100 35-70 0-15 - 0-5 - - - -

El tamaño nominal máximo del agregado no debe exceder:

Un quinto de la dimensión más pequeña del miembro de concreto. Tres cuartos del espacio libre entre varillas de refuerzo y las cimbras.

Un tercio de la profundidad de la losa.

7.1.5. ACERO DE REFUERZO El acero de refuerzo utilizado en las barras pasajuntas debe cumplir con los siguientes requisitos particulares:

Barras de acero lisas con diámetro de 1 ¼ pulgada para permitir el movimiento longitudinal de las losas, pero si debe transferir verticalmente parte de la carga aplicada en una losa a la adyacente.

33 Ministerio de Transporte e Infraestructura, Especificaciones Generales para la construcción de Caminos, Calles y Puentes, 2000.


68

Las barras deben ser colocadas en la mitad del espesor de la losa concanastillas de acero redondo corrugado de ¼ pulgada. El acero debe poseer un Fy= 4200 kg/cm2.

Acero Clase 40.

El acero debe cumplir con los requisitos de la especificación AASHTO M31 para barras de juntas.

El alambre de amarre de cumplir con los requisitos de la especificación AASHTO M30.

7.2. SUBRASANTE La subrasante debe cumplir con las siguientes características particulares:

El terreno deberá ser excavado mínimo 1m para remover todo el material no apto para soportar las cargas de diseño en caso de zonas de corte, y deberá rellenarse mínimo 1 m en zonas de relleno. Compactación mínima 95%

CBR 8

7.3. BASE ESTABILIZADA Los materiales de préstamo que se utilicen para la estabilización de base hidráulica deberán cumplir con la graduación D, descrita en la tabla 25:

Tabla 25 Márgenes de valor meta para Graduaciones de Subbase, Base o Capas Superficiales de Agregados34.

Porcentaje en peso que pasa por el tamiz designado (AASHTO T27 y T11)

Tamaño del Tamiz

Designación de la graduación A

(subbase) B

(subbase) C

(Base) D

(Base) E

(Base) F

(Superficie) 63 mm 100 - - - - - 50 mm 97-100 100 100 - - -

37.5 mm - 97-100 97-100 100 - - 25 mm 65-79 - - 97-100 100 100 19 mm - - 67-81 - 97-100 97-100

12.5 mm 45-59 - - - - - 9.5 mm - - - 56-70 68-79 -

4.75 mm 28-42 40-60 33-47 39-53 47-59 41-71 9-17 - 10-19 12-21 12-21 12-28

4-8 0-12 4-8 4-8 4-8 9-16 34 Ministerio de Transporte e Infraestructura, Especificaciones Generales para la construcción de Caminos, Calles y Puentes, 2000.


69

La base estabilizada debe cumplir con las siguientes características particulares:

La mezcla debe contener 5% de cemento portland del peso seco total. Se debe utilizar el método de revoltura en Camino. La base estabilizada deberá tener un módulo de elástico de 400,000 Psi.

El espesor de la base estabilizada debe ser de 6 pulgadas como mínimo.

7.4. LOSAS DE CONCRETO DE CEMENTO HIDRAULICO Para la construcción de las losas se debe de cumplir con todos los requisitos de calidad de materiales anteriormente mencionados.

El concreto deberá cumplir con las condiciones presentadas en el cuadro 26:

Tabla 26 Condiciones para el Concreto para Pavimentos35.

Relación A/C (máxima)

Temp. del Concreto Revenimiento

Contenido de Aire (%)

Tamaño del agregado (AASHTO M43)

Resistencia a la compresión a los 28 días (mínima)

0.49 20 ± 10 C 40 ± 20 mm 4 1/2 mín No. 57 ó 67 25 Mpa

La losa debe cumplir con las siguientes características particulares:

La mezcla de concreto hidráulico debe cumplir con una resistencia a la compresión a los 28 días 4,500 Psi.

La mezcla de concreto hidráulico debe cumplir con un módulo de elasticidad Las juntas transversales deben realizarse cada 4.0 m. El ancho de la losa debe ser de 3.5 m.

Las juntas deben ser construidas con el detalle que se brinda en la sección 7.5 de este documento.

35 Ministerio de Transporte e Infraestructura, Especificaciones Generales para la construcción de Caminos, Calles y Puentes, 2000.


70

7.5. JUNTAS

7.5.1. JUNTAS LONGITUDINALES Son juntas que dividen un carril de otro en el sentido de circulación y con estas se controlan las grietas de dos o más carriles colados en una sola franja.

Figura 26 Juntas Longitudinales.

Estas juntas deben de llevar barra de amarre para lograr que las losas tengan una buena transferencia de carga. En la Fig. No. 26 se muestra cuando la junta es de construcción y cuando es inducida.

Las juntas deben de ser selladas con materiales termoplásticos resistentes a la intemperie para evitar el bombeo de finos a través de la junta. Los detalles constructivos de las juntas se muestran en la Fig. No. 27.


71

Figura 27 Detalle de construcción de Juntas Longitudinales.

7.5.2. JUNTAS TRANSVERSALES DE CONTRACCIÓN Estas juntas son transversales al eje del camino, espaciadas para controlar los agrietamientos provocados por los efectos de la humedad y temperatura. Estas juntas pueden llevar o no barras de amarre o pasajuntas a como se muestra en la Fig. No. 28.

Figura 28 Juntas Transversales.


72

Las juntas transversales deben ser selladas con material termoplástico resistente a la intemperie para evitar el bombeo de finos a través de la junta. En la Fig. No. 29 se muestra como se debe de realizar el corte y el sellado de la junta.

Figura 29 Detalle constructivo de juntas transversales.

La separación de juntas transversales para este proyecto es de 4.0m

7.5.3. JUNTAS LONGITUDINALES DE AISLAMIENTO SIN PASAJUNTAS Estas juntas son necesarias para permitir el movimiento horizontal o los desplazamientos del pavimento respecto a estructuras existentes como estribos de puentes, losas de aproximación, alcantarillas, etc., esto para disminuir los esfuerzos de compresión que se presentan.

anchos superiores se pueden presentar movimientos excesivos. En la Fig. No. 30 se muestra un detalle típico de una junta de aislamiento.


73

Figura 30 Detalle Típico de Junta de Aislamiento

7.5.4. PASAJUNTAS EN JUNTAS TRANSVERSALES Basado en la tabla No. 27, el diámetro de las dovelas será de 1 ¼ pulgadas con una longitud de 18 pulgadas y una separación entre varillas de 12 pulgadas.

Tabla 27 Especificación de Barras Pasajuntas o Dovelas.

Espesor de Losa Barras Pasajuntas

Diámetro Longitud Separación cm pulg mm pulg cm pulg cm pulg

13 a 15 5 a 6 19 3/4 41 16 30 12 15 a 20 6 a 8 25 1 46 18 30 12 20 a 30 8 a 12 32 1 1/4 46 18 30 12 30 a 43 12 a 17 38 1 1/2 51 20 38 15 43 a 50 17 a 20 45 1 3/4 56 22 46 18


74

8. CONCLUSIONES El diseño de pavimentos es una rama de la ingeniería civil muy importante para el desarrollo de una sociedad, por lo tanto es de vital importancia tener una base de conocimientos solida al momento de realizar un Diseño.

La selección de las variables de diseño van de acuerdo a las características del tráfico (Configuración de ejes de carga) y suelos presentes en la ruta planteada, por lo tanto es necesario tener criterio en base a la experiencia de los resultados obtenidos con pavimentos a través del tiempo. Es por esto que con la guía AASHTO 93 se pueden obtener resultados satisfactorios con los valores recomendados en este manual, ya que este se basa en el experimento vial ASSHO en donde se pusieron a prueba diferentes estructuras de pavimento, tanto flexible como rígido.

La estructura de los pavimentos de concreto hidráulico o pavimentos rígidos presentan mayor durabilidad y menores costos de mantenimiento por la mismas características del concreto (alta resistencia a la compresión y flexión, distribución de esfuerzos y extensa vida útil) en comparación con los pavimentos flexibles.

La utilización de barras pasajuntas es de gran importancia para la transferencia de cargas entre losas y esto genera mayor durabilidad del pavimento, evitando que las losas se separen en exceso o fallen.

Para dar seguimiento a los objetivos planteados en esta investigación monográfica, se obtuvieron los siguientes resultados:

El espesor de pavimento (Base y Losa Hidráulica) equivale a 15 pulgadas, siendo 6 pulgadas de base estabilizada con cemento y 9 pulgadas de losa de concreto hidráulico.

Se generaron especificaciones técnicas pertinentes al diseño sobre la calidad de los materiales a utilizarse en la construcción del pavimento rígido.

El programa WinPAS es una herramienta muy útil y exacta para el diseño de espesores de pavimento, y se logró realizar el manual paso a paso para el diseño de espesor de losa hidráulica.


75

9. RECOMENDACIONES

9.1. SUBRASANTE

Remover todo el material no apto para utilización en terracería. Si es posible extraer 1 metro bajo el nivel se la rasante del material presente y rellenarlo con material selecto.

Compactar el material suelto al 100% proctor estándar para obtener CBR 8.

Si no es posible remover el suelo presente, estudiar un método para mejorar (estabilización con cal o cemento) la capacidad portante del mismo y obtener valores de CBR no menores a 8.

9.2. BASE ESTABILIZADA

La base debe ser de material selecto mezclado con 5% de cemento del volumen total, debe poseer un espesor mínimo de 6 pulgadas para obtener los resultados esperados.

Realizar un mezclado homogéneo.

Realizar una compactación al 100% proctor estándar.

9.3. LOSA HIDRAULICA

El concreto a utilizarse en la fabricación de las losas debe ser preferiblemente premezclado.

La resistencia a la compresión mínima del concreto debe ser de 4500 psi con un módulo de elasticidad mínimo de 4,000,000 psi.

El espesor de la losa debe cumplir con un espesor mínimo de 9 pulgadas.

El acabado de la losa debe realizarse en base a las especificaciones NIC 2000 sección 501.

El curado del concreto debe realizarse preferiblemente con una película de polietileno blanca opaco para obtener la resistencia esperada a los 28 días


76

y evitar las micro fisuras del concreto y el descascaramiento.

El corte de las juntas deberá realizarse antes de cumplirse las primeras 48 horas después de colocarse el concreto para evitar la aparición de fisuras espontaneas en el concreto.

La colocación del concreto deberá realizarse cuando la temperatura ambiental no sea mayor a los 32 grados y la perdida de humedad no sea mayor al 1%.


77

10. ANEXOS

ANEXO A RESULTADOS DE ESTUDIOS SUPERFICIALES DE SUELO

Sitio muestreado Límites de Atterberg Clasificación de suelo Ensayo Proctor (AASHTO T 99)

Estación Carril Muestra LL (%)

LP (%)

IP (%)

Sistema HRB

Densidad máxima (kg/m3)

Humedad óptima

(%)

0+220 Centro M-1 72 53 19 A-7-5 (9) 1,097 52.4

Centro M-2 73 61 12 A-7-5 (5) 1,001 62.6

0+295

Derecho M-1 - - - - - -

Derecho M-2 - - N.P A-4 (0) 1,454 32.5

Derecho M-3 72 60 12 A-7-5 (6) 1,097 52.4

0+700

Izquierdo M-1 - - - - - -

Izquierdo M-2 72 56 16 A-7-5 (5) 1,001 62.6

Izquierdo M-3 88 60 28 A-7-5 (21) 851 82.8

Izquierdo M-4 65 50 15 A-2-7 (0) 1,422 33.7

1+400

Centro M-1 66 53 13 A-7-5 (9) 1,072 53

Centro M-2 119 98 21 A-7-5 (32) 746 94.3

Centro M-3 - - N.P A-1-a (0) 1,009 54.3

1+800

Derecho M-1 - - - - - -

Derecho M-2 68 52 16 A-7-5 (10) 1,072 53

Derecho M-3 80 58 22 A-7-5 (21) 970 64.6

2+630 Izquierdo M-1 80 56 24 A-7-5 (22) 970 64.6

Izquierdo M-2 - - N.P A-1-b (0) 1,379 33.8


78

Sitio muestreado Límites de Atterberg Clasificación de suelo Ensayo Proctor (AASHTO T 99)

Estación Carril Muestra LL (%)

LP (%)

IP (%)

Sistema HRB

Densidad máxima (kg/m3)

Humedad óptima

(%)

2+900

Derecho M-1 - - - - - -

Derecho M-2 94 70 24 A-7-5 (13) 951 66.8

Derecho M-3 91 66 25 A-2-7 (3) 1,045 55

Derecho M-4 66 53 13 A-2-7 (0) 1,126 52.5

3+000


Izquierdo M-2 81 61 20 A-7-5 (22) 884 73.3

Izquierdo M-3 107 76 31 A-7-5 (22) 851 82.8

Izquierdo M-4 107 79 28 A-7-5 (11) 843 80.9

3+360 Derecho M-1 87 66 21 A-7-5 (22) 970 64.6

Derecho M-2 67 51 16 A-7-5 (2) 1,126 52.5

3+450


Izquierdo M-2 70 53 17 A-7-5 (17) 1,039 61.3

Izquierdo M-3 68 42 26 A-2-7 (3) 937 62.2

Izquierdo M-4 68 53 15 A-7-5 (12) 951 66.8

3+700 Izquierdo M-2 74 48 26 A-7-5 (25) 1,032 57.8

3+960

Derecho M-1 87 62 25 A-7-5 (32) 952 66.1

Derecho M-2 88 61 27 A-2-7 (3) 937 62.2

Derecho M-3 119 102 17 A-7-5 (33) 746 94.3

4+260

Centro M-1 - - - - - -

Centro M-2 68 45 23 A-7-5 (21) 1,032 57.8

Centro M-3 70 52 18 A-2-7 (1) 1,045 55


79

ANEXO B FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA

Tabla 28 Factores de Carga Equivalente para Ejes Simple y Pt=2.536.



80

Tabla 29 Factores de Carga Equivalente para Ejes Tándem y Pt=2.537.



81

ANEXO C VALORES DE CONFIABILIDAD

Tabla 30 Confiabilidad Recomendada38

ANEXO D NOMOGRAMAS PARA MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE K

Figura 31 Nomograma para obtención de Módulo de reacción compuesto de subrasante 39



82

Figura 32 Nomograma de módulo efectivo de reacción de la subrasante por pérdida de soporte40.


Br. Noel E. Cross Gadea 83

BIBLIOGRAFÍA

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IMCYC. (2002). Pavimentos: Universidad Mayor de San Simón.

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